ES2873899T3

ES2873899T3 - Caudalímetro de tiempo de recorrido con señal acústica mejorada de formación de haces

Info

Publication number: ES2873899T3
Application number: ES16886184T
Authority: ES
Inventors: Thomas Werner Hies; Juergen Heinz-Friedrich Skripalle; Trung Dung Luong; Claus-Dieter Ohl
Original assignee: GWF MessSysteme AG
Current assignee: GWF MessSysteme AG
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2036-01-18
Also published as: EP3256862A1; EP3256862A4; EA201891250A1; US20180113145A1; EP3256862B1; JP2019502119A; AU2016387414B2; US10036763B2; CA3002128C; US20180328956A1; CA3002128A1; MX2018008697A; CN108369242A; SG11201803194RA; US11333676B2; US20200182900A1; US10598684B2; MX388765B; UA122259C2; JP6727308B2

Abstract

Un método para determinar una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido con un caudalímetro de tiempo de recorrido que comprende: dotar al conducto de fluido de un fluido que tiene una velocidad predeterminada con respecto al conducto de fluido, dotar al conducto de fluido de un primer transductor ultrasónico, un segundo transductor ultrasónico y un tercer transductor ultrasónico, extendiéndose respectivas líneas de conexión entre el primer transductor ultrasónico, el segundo transductor ultrasónico y el tercer transductor ultrasónico fuera del eje de simetría del conducto de fluido, estando desplazados el primer transductor ultrasónico y el tercer transductor ultrasónico con respecto al segundo transductor ultrasónico en la dirección longitudinal del conducto de fluido, aplicar una primera señal de medición al primer transductor ultrasónico, y medir una primera señal de respuesta de la primera señal de medición en el segundo transductor ultrasónico, aplicar una segunda señal de medición al primer transductor ultrasónico, medir una segunda señal de respuesta de la segunda señal de medición en el tercer transductor ultrasónico, caracterizado por que la primera señal de medición y la segunda señal de medición comprenden, respectivamente, una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una señal de impulsos que es enviada entre el mismo par de transductores que la correspondiente señal de medición, de una señal derivada de la misma, deducir el tiempo de vuelo de al menos una de la primera señal de respuesta y la segunda señal de respuesta, deducir una velocidad de flujo del fluido a partir del tiempo de vuelo.

Description

DESCRIPCIÓN

Caudalímetro de tiempo de recorrido con señal acústica mejorada de formación de haces

La presente solicitud versa sobre caudalímetros y, en particular, sobre caudalímetros ultrasónicos de tiempo de recorrido.

En la actualidad hay diversos tipos de caudalímetros en uso para medir el flujo volumétrico de un fluido, tal como un líquido o un gas, a través de una tubería. Los caudalímetros ultrasónicos son bien caudalímetros Doppler, que hacen uso del efecto acústico Doppler, o bien caudalímetros de tiempo de recorrido, a veces también denominados caudalímetros de transmisión, que hacen uso de una diferencia en el tiempo de propagación causada por el movimiento relativo de la fuente y el medio. El tiempo de recorrido también se denomina tiempo de vuelo o tiempo de tránsito.

Un caudalímetro ultrasónico de tiempo de recorrido evalúa la diferencia del tiempo de propagación de impulsos ultrasónicos que se propagan en la dirección del flujo y en la contraria. Los caudalímetros ultrasónicos se proporcionan como caudalímetros en línea, también denominados caudalímetros intrusivos o húmedos, o como caudalímetros de pinza, también denominados caudalímetros no intrusivos. Otras formas de caudalímetros incluyen canales Venturi, compuertas de rebose, caudalímetros de radar, caudalímetros de Coriolis, caudalímetros de presión diferencial, caudalímetros inductivos magnéticos y otros tipos de caudalímetros.

Cuando hay perfiles irregulares de flujo o canales abiertos, puede ser necesario más de un trayecto de propagación para determinar la velocidad de flujo promedio. En estándares hidrométricos como IEC 41 o EN ISO 6416 se describen, entre otros, procedimientos multitrayecto. Como aplicación adicional, también se usan caudalímetros ultrasónicos para medir perfiles de flujo; por ejemplo, con un perfilador Doppler acústico de corrientes (ADCP, por sus siglas en inglés). El ADCP también es adecuado para medir la velocidad y la descarga del agua en ríos y aguas abiertas.

El documento FR2781047A1 da a conocer un caudalímetro ultrasónico de tiempo de recorrido de múltiples cuerdas en el cual unos transductores segundo y tercero se desplazan longitudinalmente con respecto a un primer transductor. Durante una medición, se envía una señal desde el primer transductor a los transductores segundo y tercero, y se envían señales sucesivas desde los transductores segundo y tercero al primer transductor.

El artículo “Flow rate estimation using acoustic field distortions caused by turbulent flows: time-reversal approach”, Journal of Physics, Conference Series, vol. 296, n° 1, página 12010, de Zimmermann et al., da a conocer un caudalímetro ultrasónico de correlación cruzada que tiene pares transmisores-receptores primero y segundo en el que se aplica una señal invertida en el tiempo a los transmisores de los pares transmisores-receptores.

Un objeto de la presente memoria descriptiva es proporcionar un caudalímetro mejorado de tiempo de tránsito y un correspondiente método implementado por ordenador para medir una velocidad de flujo promedio o un perfil de flujo de un fluido en general, y en particular para líquidos como agua o para gases.

En un dispositivo de medición de flujo según la presente memoria descriptiva, se usan transductores de sonido —por ejemplo, en forma de elementos piezoeléctricos, también denominados transductores piezoeléctricos— para generar y para recibir una señal de prueba y una señal de medición.

Transmisores alternativos de sonido comprenden láseres que excitan una membrana metálica u otra superficie fotoabsorbente mediante vibraciones, o altavoces accionados por bobinas. También se pueden producir ondas de presión de otras maneras. El lado del receptor también puede estar representado por otros medios que son diferentes de los transductores piezoeléctricos, pero detectan ondas ultrasónicas.

Aunque en la presente descripción se usa a menudo la expresión “transductor piezoeléctrico”, esta también significa otros transductores de ondas de sonido que producen o detectan ondas ultrasónicas.

Una señal de medición según la presente memoria descriptiva puede estar modelada por un filtro adaptado. Si se usa un impulso con pico pronunciado como sonda o señal de prueba, la señal recibida en el transductor es la respuesta de impulso de un conducto o canal se devuelve una versión invertida de la respuesta de impulso con respecto al tiempo por el mismo canal que una señal de medición, ya sea en la dirección inversa o en la misma dirección. Esto da lugar a una señal con un pico en el origen, donde estaba la fuente original, o a una señal con un pico en el receptor original, respectivamente.

La inversión con respecto al tiempo pude lograrse de varias maneras. Si se usan medios analógicos para grabar la señal de respuesta, se podría reproducir la señal grabada de respuesta en modo inverso. Si se usan medios digitales para grabar muestras de la señal de respuesta, entonces, para obtener la señal invertida, se invierte el orden de las muestras grabadas. Esto se puede lograr invirtiendo los valores de los sellos de tiempo de cada muestra grabada, multiplicando el respectivo valor por (-1). Si se reproducen según un orden ascendente de los valores de los sellos de tiempo, las muestras grabadas se reproducen en orden inverso. En otras palabras, la señal de respuesta invertida es la señal de respuesta grabada, pero reproducida al revés.

Un caudalímetro ultrasónico según la presente memoria descriptiva proporciona una propiedad de concentración usando la señal invertida mencionada anteriormente, o una señal conformada de manera similar, para que un caudalímetro ultrasónico forme una señal de respuesta, que está concentrada tanto en el espacio como en el tiempo. Esto, a su vez, lleva a una mayor amplitud en un elemento piezoeléctrico receptor y a una mejor relación señal-ruido.

Con un caudalímetro ultrasónico según la presente memoria descriptiva, se pueden obtener en condiciones muy generales propiedades de concentración y de formación de haces. Por ejemplo, se obtiene una propiedad de concentración incluso cuando se excita únicamente un transmisor ultrasónico e incluso cuando la señal invertida se reduce a una señal que solo está digitalizadamente groseramente en el intervalo de amplitud, si la resolución de la señal invertida es suficiente. Además, un caudalímetro según la presente memoria descriptiva puede usarse con transductores de pinza, que son fáciles de colocar sobre una tubería y no requieren modificaciones de la tubería.

En un caudalímetro ultrasónico según la presente memoria descriptiva, pueden no ser necesarias las características técnicas que garantizan un buen acoplamiento y la direccionalidad de los transductores de pinza y reducen la dispersión, o, por el contrario, puede incluso mejorar la característica de formación de haces para omitirla. Para proporcionar una mayor dispersión, puede seleccionarse un material de acoplamiento que esté adaptado al índice de refracción del líquido o pueden usarse transductores y acoplamientos de transductor que proporcionen más ondas de corte.

Preferentemente, la frecuencia de las ondas sonoras que se usan en un caudalímetro según la presente memoria descriptiva está entre >20 kHz y 2 MHz, lo que corresponde a un periodo de oscilación de 0,5 microsegundos (gs) pero puede llegar incluso a 800 MHz. En muchos casos, los caudalímetros ultrasónicos operan muy por encima del umbral auditivo, con frecuencias de varios cientos de kHz o más. La frecuencia de los caudalímetros ultrasónicos de tiempo de tránsito está normalmente en el intervalo de kHz o en el intervalo de MHz.

Según un aspecto, la presente memoria descriptiva da a conocer un método implementado por ordenador para determinar una velocidad de flujo de un fluido en un conducto o canal de fluido, en particular en una tubería o tubo, usando un caudalímetro ultrasónico de tiempo de transmisión. En una realización preferida, “implementado por ordenador” se refiere a una ejecución en componentes electrónicos de pequeña escala, como microprocesadores, ASIC, FPGA y similares, que se pueden usar en dispositivos portátiles o estacionarios compactos de procesamiento de señales digitales, que generalmente son de un tamaño menor que las estaciones de trabajo o los ordenadores centrales y que se pueden colocar en una ubicación requerida a lo largo de una tubería de fluido.

En lo que sigue, se usan como sinónimos los términos “canal”, “conducto”, “paso”, etc. El contenido de la solicitud puede aplicarse a todo tipo de conducto para fluidos, con independencia de su respectiva forma y con independencia de que estén abiertos o cerrados. El contenido de la solicitud también puede aplicarse a todo tipo de fluido o gas, con independencia de que sean gases o líquidos, o una mezcla de ambos.

En toda la solicitud, se usa a menudo el término “ordenador”. Aunque un ordenador incluye dispositivos tales como un ordenador portátil o uno de sobremesa, la transmisión y la recepción de señales también la pueden realizar microcontroladores, ASIC, FPGA, etc.

Además, una línea de conexión entre los transductores puede estar desplazada con respecto al centro del conducto de fluido para obtener una velocidad de flujo en una capa predeterminada, y puede haber más de un par de transductores. Además, la señal de medición puede ser proporcionada por más de un transductor y/o la señal de respuesta a la señal de medición puede ser medida por más de un transductor.

Una energía E de señal de una señal s(t) en un intervalo de tiempo puede definirse en términos de la expresión

E = | d t \s ( t )| o de su versión discreta E = ^ _ |s ( i )| , estando dado el intervalo de tiempo por [T1, T2] o

[m*At, n*At], respectivamente.

La parte delantera de la señal de medición puede contribuir significativamente a la producción de una señal, que alcanza picos en el espacio y el tiempo.

En algunas realizaciones específicas, la señal de medición o la señal de respuesta puede ser proporcionada por una señal oscilante modulada en amplitud, que está digitalizada con respecto a la amplitud; por ejemplo, con una resolución entre 1 y 12 bits. Esto puede proporcionar ventajas en términos de velocidad de cálculo y espacio en memoria y puede llevar incluso a un mayor pico de la señal. En particular, los datos mostrados en las Figuras de la presente memoria descriptiva han sido obtenidos con una resolución de 12 bits, salvo para las Figuras 30 - 35, que han sido obtenidos con una resolución más gruesa que 12 bits.

Según una realización adicional, la señal de medición que se aplica a un transductor puede comprender una señal oscilante que es modulada según una modulación 0-1 que proporciona ya sea una amplitud predeterminada o ninguna amplitud, o, en otras palabras, una amplitud nula.

Según un aspecto adicional, se da a conocer un dispositivo para medir una velocidad de flujo en un caudalímetro ultrasónico de tiempo de recorrido. El dispositivo comprende un primer conector para conectar un primer elemento piezoeléctrico, un segundo conector para conectar un segundo elemento piezoeléctrico, un convertidor digital a analógico (DAC, por sus siglas en inglés) opcional, que está conectado al primer conector, y un convertidor analógico a digital (ADC, por sus siglas en inglés) opcional, que está conectado al segundo conector.

Además, el dispositivo comprende una memoria legible por ordenador, un temporizador u oscilador electrónico, una unidad transmisora para enviar una señal de impulsos al primer conector y una unidad receptora para recibir una señal de respuesta a la señal de impulsos desde el segundo conector.

Los términos velocidad de flujo (velocity of flow), velocidad de flujo (flow velocity) y velocidad de flujo (flow speed) se emplean como sinónimos en la presente solicitud.

Aunque se puede proporcionar el dispositivo como un dispositivo analógico sin convertidores A/D y D/A y sin una unidad de memoria legible por ordenador, también es posible proporcionar el dispositivo o partes de él con un sistema informático digital.

En particular, las diversas unidades de procesamiento de señales, como la unidad de procesamiento de la velocidad, la unidad de selección y la unidad inversora, pueden ser proporcionadas, por entero o en parte, por un componente electrónico para aplicaciones específicas o por una memoria de programa con un conjunto de instrucciones legibles por ordenador. De modo similar, el generador de señales de medición y un generador de señales de impulsos de la unidad transmisora pueden ser proporcionados, por entero o en parte, por un componente electrónico para aplicaciones específicas, que puede comprender un conjunto de instrucciones legibles por ordenador.

Según una realización adicional, el dispositivo comprende un sintetizador digital directo (DDS, por sus siglas en inglés) de señales que comprende el ADC mencionado anteriormente. El DDS comprende un registro de control de frecuencia, un oscilador de referencia, un oscilador controlado numéricamente y un filtro de paso bajo de reconstrucción. Además, el ADC es conectable a los conectores primero y segundo a través del filtro de paso bajo de reconstrucción.

Además, la presente memoria descriptiva da a conocer un dispositivo de medición de flujo con un primer transductor piezoeléctrico que está conectado al primer conector, y con un segundo transductor ultrasónico, tal como un transductor piezoeléctrico, que está conectado al segundo conector. En particular, los transductores ultrasónicos, tales como transductores piezoeléctricos, pueden estar dotados de zonas de fijación, como un mecanismo de sujeción para fijarlos a una tubería.

Además, la presente memoria descriptiva da a conocer un dispositivo de medición de flujo con una porción de tubería. El primer transductor ultrasónico, tal como un transductor piezoeléctrico, está montado en la porción de tubería en una primera ubicación y el segundo transductor ultrasónico, tal como un transductor piezoeléctrico, está en la porción de tubería en una segunda ubicación. En particular, los transductores pueden estar sujetados en la porción de tubería. Dotar al dispositivo de una porción de tubería puede proporcionar ventajas cuando el dispositivo está calibrado de antemano con respecto a la porción de tubería.

El dispositivo se puede hacer compacto y portátil. Un dispositivo portátil según la presente memoria descriptiva, que está equipado con transductores montables en superficie, como transductores de pinza, se puede usar para verificar una tubería en cualquier ubicación accesible. En general, el dispositivo puede ser estacionario o portátil. Preferiblemente, el dispositivo es suficientemente compacto para ser colocado en una ubicación requerida y está suficientemente protegido contra condiciones ambientales, tales como humedad, calor y sustancias corrosivas.

Además, la presente memoria descriptiva da a conocer un código legible por ordenador para ejecutar un método de medición de flujo según la presente memoria descriptiva, comprendiendo una memoria legible por ordenador el código legible por ordenador y un componente electrónico para aplicaciones específicas, que es operable para ejecutar las etapas de método de un método según la presente memoria descriptiva.

En particular, el componente electrónico para aplicaciones específicas puede ser proporcionado por un componente electrónico que comprenda la memoria legible por ordenador anteriormente mencionada, tal como una EPROM, una EEPROM, una memoria flash o similares. Según otras realizaciones, el componente electrónico para aplicaciones específicas es proporcionado por un componente con una circuitería cableada o configurable, tal como un circuito integrado para aplicaciones específicas (ASIC, por sus siglas en inglés) o una matriz de puertas lógicas programable in situ (FPGA, por sus siglas en inglés).

En una realización adicional, un componente electrónico para aplicaciones específicas según la presente memoria descriptiva es proporcionado por múltiples componentes electrónicos interconectados; por ejemplo, por una FPGA, que está conectada a una EPROM debidamente programada en una disposición multipastilla. Ejemplos adicionales de un componente electrónico para aplicaciones específicas son circuitos integrados programables, como las matrices lógicas programables (PLA, por sus siglas en inglés) y dispositivos lógicos programables complejos (CPLD, por sus siglas en inglés).

Es útil determinar si un dispositivo de prueba estándar está midiendo una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido según la presente solicitud. Con este fin, se proporciona al conducto de fluido un fluido que tiene una velocidad predeterminada con respecto al conducto de fluido. Se aplica una señal de impulsos de prueba a un primer transductor ultrasónico, tal como el transductor piezoeléctrico del dispositivo de prueba, estando montado el primer transductor piezoeléctrico en el conducto de fluido en una primera ubicación, seguido de la recepción de una señal de respuesta de prueba de la señal de impulsos de prueba en un segundo transductor piezoeléctrico del dispositivo de prueba, estando montado el segundo transductor ultrasónico, tal como un transductor piezoeléctrico, en el conducto de fluido en una segunda ubicación.

Además, la presente memoria descriptiva da a conocer un método implementado por ordenador para determinar una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido usando señales de medición predeterminadas en una disposición con tres o más transductores ultrasónicos. Las señales predeterminadas comprenden una primera señal de medición y una segunda señal de medición.

Se dota a un conducto de fluido de un fluido que tiene una velocidad predeterminada con respecto al conducto de fluido. Además, el conducto de fluido está dotado de un primer transductor ultrasónico, de un segundo transductor ultrasónico y de un tercer transductor ultrasónico. En particular, el segundo transductor y el tercer transductor pueden colocarse a distancia con respecto al primer transductor y con respecto a la dirección longitudinal del conducto.

Los transductores están dispuestos de modo que respectivas líneas de conexión entre el primer transductor ultrasónico, el segundo transductor ultrasónico y el tercer transductor ultrasónico se extienden fuera de un eje de simetría del conducto de fluido. En particular, la línea de conexión pueden estar desplazada en más de un 5% o más o en un 10% o más con respecto al diámetro medio del conducto o con respecto al radio medio del conducto.

Por ejemplo, se puede definir el radio medio del conducto con respecto a un punto de referencia en el eje de simetría

com o

como

etc.

Se aplica una primera señal de medición predeterminada al primer transductor ultrasónico, y se mide una primera señal de respuesta de la primera señal de medición predeterminada recibida en el segundo transductor ultrasónico, por ejemplo detectando la tensión emitida por el segundo transductor ultrasónico.

Asimismo, se aplica una segunda señal de medición predeterminada al primer transductor ultrasónico y se mide una segunda señal de respuesta de la segunda señal de medición predeterminada recibida en el tercer transductor ultrasónico.

La primera señal de medición predeterminada y la segunda señal de medición predeterminada comprenden, respectivamente, una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma.

En particular, la respectiva señal de medición puede generarse a partir de una señal de impulsos que se envía entre el mismo par de transductores que la señal de medición. La generación de la señal de medición se puede llevar a cabo mediante una medición real, mediante una simulación o mediante una combinación de ambas.

La señal de medición puede ser enviada en la misma dirección que la señal de impulsos a partir de la cual es genera, o en la dirección contraria. En particular, si el fluido se mueve con respecto al conducto durante el proceso de calibración, por el cual se genera la señal de medición a partir de la señal de impulsos, puede ser ventajoso por razones de estabilidad enviar la señal de medición en la misma dirección que la señal de impulsos.

En otras palabras, en una fase de medición la secuencia del transductor emisor y el transductor receptor puede ser la misma que en una fase de calibración precedente para la generación de la señal de medición o, alternativamente, puede ser invertida usando el transductor previamente emisor como transductor receptor y el transductor previamente receptor como transductor emisor.

En general, la primera señal de medición está adaptada a un canal o trayecto de transmisión que es diferente de un canal de transmisión de la segunda señal de medición. Por ello, la primera señal de medición y la segunda señal de medición son, en general, diferentes entre sí. Además, una señal de medición obtenida enviando una señal de impulsos de un primer transductor a un segundo transductor es, en general, diferente de una señal de medición obtenida enviando la señal de impulsos en la dirección inversa del segundo transductor al primer transductor.

En general, la propagación de señal de la señal de presión entre el transductor emisor y el receptor no solo comprende una propagación recta, sino que también puede comprender una o más reflexiones en una pared del conducto y/o procesos de dispersión dentro de la pared de la tubería.

En particular, el método mencionado anteriormente puede usarse en una medición de flujo por tiempo de vuelo (TOF, por sus siglas en inglés). Para la medición por TOF, las etapas de aplicación de la primera señal de medición y de medición de una correspondiente señal de respuesta y de aplicación de la segunda señal de medición y de medición de una correspondiente señal de respuesta se repiten en una dirección inversa para obtener correspondientes señales primera en la dirección inversa y segunda de respuesta en la dirección inversa.

Como se ha explicado anteriormente, la realización de la medición “en la dirección inversa” se refiere a la ejecución de las etapas de medición de modo que se intercambien los papeles de los respectivos transductores o, en otras palabras, de modo que el transductor previamente emisor se use como transductor receptor y que el transductor previamente receptor se use como transductor emisor.

Así, si una primera medición comprende el envío de una señal de medición en una dirección de flujo del fluido en el sentido de que la señal de medición tiene una componente de velocidad en la dirección del flujo de fluido, entonces la correspondiente medición “en la dirección inversa” comprende la señal de medición contra la dirección de flujo del fluido.

La primera señal de respuesta y la segunda señal de respuesta a las respectivas primera señal de medición y segunda señal de medición se usan para deducir una o más velocidades de flujo del fluido. En particular, la primera señal de respuesta puede ser usada para determinar una velocidad de flujo en una capa de fluido que comprende la línea de conexión entre el primer transductor y el segundo transductor, y la segunda señal de respuesta puede ser usada para determinar una velocidad de flujo en una capa de fluido que comprende la línea de conexión entre el primer transductor y el tercer transductor.

Según una realización adicional, que es adecuada para una medición por tiempo de vuelo, se aplica al segundo transductor ultrasónico una primera señal de medición predeterminada de dirección inversa, y se mide una primera señal de respuesta de dirección inversa de la primera señal de medición de dirección inversa en el segundo transductor ultrasónico.

De modo similar, se aplica al tercer transductor ultrasónico una segunda señal de medición de dirección inversa y se mide una segunda señal de respuesta de dirección inversa de la segunda señal de medición recibida en el primer transductor ultrasónico.

La primera señal de medición de dirección inversa y la segunda señal de medición de dirección inversa comprenden, respectivamente, una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma. “Correspondiente señal de impulsos” se refiere a una señal de impulsos que es enviada entre el mismo par de transductores que la correspondiente señal de medición.

Una velocidad de flujo del fluido se deduce de al menos una de la primera señal de respuesta, la primera señal de respuesta de dirección inversa, la segunda señal de respuesta y la segunda señal de respuesta de dirección inversa. En particular, la primera señal de respuesta y la primera señal de respuesta de dirección inversa pueden ser usadas para deducir una velocidad de flujo usando un método por tiempo de vuelo. De modo similar, la segunda señal de respuesta y la segunda señal de respuesta de dirección inversa pueden ser usadas para deducir una velocidad de flujo usando un método por tiempo de vuelo.

En una realización adicional, que también usa una señal de medición que se desplaza del segundo transductor al tercer transductor en la disposición anteriormente mencionada de tres transductores, la medición comprende, además, las etapas siguientes.

Se aplica una tercera señal de medición al segundo transductor ultrasónico y se mide una tercera señal de respuesta de la segunda señal de medición en el tercer transductor ultrasónico. De forma similar a las realizaciones anteriormente mencionadas, la tercera señal de medición predeterminada comprende una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma.

Se deduce al menos una velocidad de flujo del fluido a partir de la tercera señal de respuesta. Con el fin de determinar la al menos una velocidad de flujo, también puede usarse la primera señal de respuesta, la primera señal de respuesta de dirección inversa, la segunda señal de respuesta y la segunda señal de respuesta de dirección inversa.

En una realización adicional, que es adecuada para determinar una velocidad de flujo en una capa de fluido entre el segundo transductor y el tercer transductor usando un método por tiempo de vuelo, el método comprende, además, las etapas siguientes.

Se aplica una tercera señal de medición de dirección inversa al tercer transductor ultrasónico y se mide una tercera señal de respuesta de dirección inversa de la tercera señal de medición de dirección inversa recibida en el segundo transductor ultrasónico.

De modo similar a las realizaciones mencionadas anteriormente, la tercera señal de medición de dirección inversa comprende una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma.

Se deduce al menos una velocidad de flujo del fluido a partir de la tercera señal de respuesta y de la tercera señal de respuesta de dirección inversa. Con el fin de determinar la al menos una velocidad de flujo, también pueden usarse la primera señal de respuesta, la primera señal de respuesta de dirección inversa, la segunda señal de respuesta y la segunda señal de respuesta de dirección inversa.

Según un método adicional implementado por ordenador, que es adecuado para determinar una velocidad de flujo en un conducto de fluido con una disposición de al menos dos transductores de pinza, se dota al conducto de fluido de un fluido que tiene una velocidad predeterminada con respecto al conducto de fluido.

Además, el conducto de fluido está dotado de un primer transductor ultrasónico de pinza y de un segundo transductor ultrasónico de pinza. Preferentemente, el segundo transductor ultrasónico de pinza está desplazado con respecto al primer transductor ultrasónico de pinza en la dirección longitudinal del conducto.

Los transductores de pinza están dispuestos de modo que una línea de conexión recta entre el primer transductor ultrasónico de pinza y el segundo transductor ultrasónico de pinza se extiende fuera del eje de simetría del conducto de fluido. En particular, la línea de conexión pueden estar desplazada en más de un 5% o más o en un 10% o más con respecto al diámetro medio del conducto o con respecto al radio medio del conducto.

Se aplica una señal de medición predeterminada al primer transductor ultrasónico de pinza y se mide una señal de respuesta de la señal de medición recibida en el segundo transductor ultrasónico de pinza.

De modo similar a la realización mencionada anteriormente, la señal de medición predeterminada comprende una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma. Una velocidad de flujo del fluido se deduce a partir de la señal de respuesta.

De modo similar a las realizaciones mencionadas anteriormente, la fase de medición también puede comprender el envío de señales de medición en la dirección inversa. En particular, el método puede comprender la aplicación de una señal de medición predeterminada de dirección inversa al segundo transductor ultrasónico de pinza y la medición de una señal de respuesta de dirección inversa de la señal de medición de dirección inversa en el segundo transductor ultrasónico de pinza.

De forma similar a la realización mencionada anteriormente, la señal de medición de dirección inversa comprende una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma. Una velocidad de flujo del fluido se deduce a partir de la señal de respuesta y de la señal de respuesta de dirección inversa, en particular usando un método por tiempo de vuelo.

Los métodos de medición para la disposición anteriormente mencionada de al menos tres transductores ultrasónicos, que pueden ser proporcionados como transductores húmedos o como transductores de pinza, se aplican de manera similar también a correspondientes disposiciones de transductores de pinza.

Los transductores de pinza pueden proporcionar ventajas particulares en el contexto de la concentración de una señal acústica en una ubicación específica en el conducto, lo que también se denomina “formación de haces”. Haciendo uso de una interacción con el conducto y, opcionalmente, también con piezas de acoplamiento, las ondas de sonido de los transductores de pinza pueden dispersarse en un ángulo mayor o en más direcciones que las de los transductores húmedos. Las piezas de acoplamiento permiten dirigir las ondas acústicas según la ley de Snell, pero también contribuyen a generar más modos y dispersión.

Una inversión con respecto al tiempo según la presente memoria descriptiva puede ser usada entonces para generar una señal de medición que agrega las diversas componentes de señal que se desplazan a lo largo de diferentes trayectorias por superposición y, por ello, lleva a una mayor amplitud de las señales en una ubicación específica del conducto en la que puede colocarse un transductor receptor.

Las modificaciones mencionadas posteriormente relativas a mediciones reiteradas y a una etapa de digitalización en la generación de la señal de medición se pueden aplicar a todas las disposiciones de transductores según la presente memoria descriptiva.

En las realizaciones anteriormente mencionadas, las etapas de aplicación de una señal de impulsos y de recepción de una correspondiente señal de respuesta se repiten múltiples veces y se obtienen múltiples señales de respuesta. En particular, las mediciones reiteradas pueden referirse a una combinación dada de dos transductores. A continuación, se deriva la respectiva señal de medición, tal como las señales de medición primera y segunda, a partir de la media de las señales de respuesta recibidas.

En particular, la derivación de la respectiva señal de medición en las realizaciones mencionadas anteriormente puede comprender la digitalización de la correspondiente señal de respuesta o de una señal derivada de la misma con respecto a la amplitud. Según una realización, se repiten las etapas de variación de una resolución de bits de la respectiva señal de medición y de medición de una señal de respuesta a esa señal de medición hasta que se encuentra una señal de medición que genera la señal de respuesta con la mayor amplitud máxima. A continuación, se selecciona como señal de medición la señal de medición con la correspondiente resolución de bits.

Según una realización particular, se aumenta la resolución de bits de la señal digitalizada para aumentar la amplitud de una señal de respuesta a la respectiva señal de medición, tales como las señales de medición primera y segunda. A título de ejemplo, la resolución de bits se aumenta en etapas predeterminadas, y se selecciona la resolución de bits que produce la señal de respuesta con la mayor amplitud y se almacena en la memoria del ordenador una correspondiente representación de una señal de medición.

Según otra realización particular, se disminuye o reduce la resolución de bits de la señal digitalizada para aumentar la amplitud de una señal de respuesta a la respectiva señal de medición. A título de ejemplo, se disminuye la resolución de bits en etapas predeterminas, se selecciona la resolución de bits que produce la señal de respuesta con la mayor amplitud y se almacena en la memoria del ordenador la correspondiente representación de una señal de medición.

En particular, la resolución de bits de la señal digitalizada con respecto a la amplitud puede ser elegida como una resolución de bits baja. Por ejemplo, la resolución baja puede ser una resolución entre 1 bit y 8 bits, o puede ser una resolución entre 1 bit y 64 bits.

Según una realización específica, se procesa al menos una de las señales de respuesta a las señales de medición para determinar un cambio en el grosor de pared del conducto o para determinar características del material de las paredes del conducto determinando características de las ondas de sonido longitudinal y transversal. Por ejemplo, las características de las ondas transversal y longitudinal pueden derivarse de las correspondientes porciones de la señal que se recibe o de respuesta, que corresponde a diferentes tiempos de llegada de las ondas acústicas.

Según una realización adicional, el método comprende una calibración anterior, en la que las respectivas señales de medición se generan a partir de la señal de respuesta a una señal de impulsos. La calibración puede llevarse a cabo en el entorno de una fábrica o también durante la operación del método. La calibración mencionada a continuación se puede llevar a cabo de manera similar a todas las combinaciones de pares de dos transductores y la calibración se puede llevar a cabo en una dirección únicamente con respecto a un par de transductores o en ambas dirección con respecto al par de transductores. En el primer caso, se obtiene una señal de medición para el par de transductores y en el segundo caso, se obtienen dos señales de medición para el par de transductores.

Durante la fase de calibración, se dota al conducto de fluido de un fluido que está en reposo con respecto al conducto de fluido o que se mueve con una velocidad predeterminada con respecto al conducto de fluido.

Se aplica una primera señal de impulsos al segundo transductor ultrasónico, y se recibe una primera señal de respuesta de la primera señal de impulsos en el primer transductor ultrasónico.

De modo similar, se aplica una segunda señal de impulsos al tercer transductor ultrasónico y se recibe una segunda señal de respuesta de la al menos una señal de impulsos en el primer transductor ultrasónico.

La primera señal de medición se deriva de la primera señal de respuesta y la segunda señal de medición se deriva de la segunda señal de respuesta.

La derivación de las respectivas señales de medición primera y segunda comprende la selección de una porción de señal de las respectivas señales de respuesta primera y segunda o de una señal derivada de la misma y la inversión de la porción de señal con respecto al tiempo.

En otras palabras, se selecciona una porción de la primera señal de respuesta y se la invierte o se le da la vuelta con respecto al tiempo, y se genera la primera señal de medición usando la porción invertida de señal. De modo similar, se selecciona una porción de la segunda señal de respuesta y se la invierte o se le da la vuelta con respecto al tiempo, y se genera la segunda señal de medición usando la porción invertida de señal.

La primera señal de medición predeterminada y la segunda señal de medición predeterminada para su uso posterior. Como se ha mencionado anteriormente, puede usarse el mismo proceso de calibración para cada combinación de dos transductores.

En general, la calibración se lleva a cabo en la dirección inversa para evitar inestabilidades o compensarlas. Dependiendo de si la calibración se lleva a cabo en condiciones de flujo nulo o de flujo no nulo, puede ser ventajoso proporcionar la calibración en ambas dirección y usar cada una de las dos señales de medición generales en cualquiera de las dos direcciones.

En otras palabras, si durante el proceso de medición un primer transductor es el transductor emisor y un segundo transductor es el transductor receptor, entonces la señal de medición puede haberse generado enviando una señal de impulsos del primer transductor al segundo transductor o enviando la señal de impulsos del segundo transductor al primer transductor.

Puede llevarse a cabo un proceso de calibración similar para cada par de dos transductores. En particular, el proceso de calibración puede llevarse a cabo de manera similar para cada par de transductores de la disposición de tres transductores anteriormente mencionada que comprende unos transductores primero, segundo y tercero.

En el caso específico de una disposición de dos o más transductores de pinza, se puede llevar a cabo una calibración mediante las etapas siguientes. Se dota a un conducto de fluido de un fluido. El fluido tiene una velocidad predeterminada con respecto al conducto de fluido en particular.

Se proporciona una señal de impulsos al primer transductor ultrasónico de pinza o al segundo transductor ultrasónico de pinza. Entonces, se recibe una señal de respuesta de la señal de impulsos en el otro de los dos transductores ultrasónicos y la señal de medición de deriva de la señal de respuesta. De modo similar, la señal de impulsos puede proporcionarse en el segundo transductor ultrasónico de pinza y la señal de respuesta puede recibirse en el primer transductor ultrasónico de pinza.

En el presente documento, la derivación de la señal de medición comprende la selección de una porción de señal de la respectiva señal de respuesta o de una señal derivada de la misma y la inversión de la porción de señal con respecto al tiempo. La señal de medición es almacenada para su uso posterior durante un proceso de medición, en particular para determinar la velocidad de flujo del fluido.

Una señal de impulsos según la presente memoria descriptiva puede referirse a una sola señal de impulsos. En general, una señal de impulsos se refiere a una señal que tiene una energía de señal que se concentra en un periodo de tiempo breve. En una realización específica, la señal de impulsos se extiende solo en algunos periodos de oscilación de una portadora, tales como 10 - 20 periodos de oscilación o menos.

En particular, una envolvente de la señal de impulsos puede tener una forma rectangular, pero también son posibles otras formas. Por ejemplo, la señal de impulsos puede corresponder a un pico único o a un impulso único, a una ráfaga rectangular corta o a cualquier otra forma de señal, tal como una forma triangular en diente de sierra, una onda rectan gular, una onda continua modulada en frecuencia, una onda sinusoidal o una ráfaga de ruido predeterminada, tal como ruido blanco o ruido rosa, que también es denominado ruido 1/f. El método de calibración funciona casi con cualquier forma de señal de la señal de impulsos.

En una realización adicional, una correspondiente señal de respuesta se envía y se recibe múltiples veces, obteniendo con ello múltiples señales de respuesta, y la respectiva señal de medición se deriva a partir de la media de las señales de respuesta recibidas.

En particular, la derivación de la respectiva señal de medición puede comprender la digitalización de la correspondiente señal de respuesta o de una señal derivada de la misma con respecto a la amplitud.

Como se ha mencionado más arriba, se aumenta la resolución de bits de la señal digitalizada para aumentar la amplitud de una señal de respuesta a la respectiva señal de medición. En una realización particular, se mide la amplitud de la señal de respuesta a la señal de medición generada en una ubicación predeterminada del conducto para señales de medición correspondientes a diferentes resoluciones de bits. Entonces, la señal de medición con la mayor amplitud se selecciona y se almacena en memoria para su uso posterior.

También puede proporcionarse un procedimiento similar disminuyendo la resolución de bits de la señal digitalizada hasta que se detecte una señal de respuesta de la señal de medición que tenga gran amplitud, y entonces se almacena en memoria la correspondiente señal de medición para su uso posterior.

En particular, la resolución de bits de la señal digitalizada con respecto a la amplitud puede ser elegida como una resolución de bits baja, tal como una resolución entre 1 y 10 bits.

Además, la presente memoria descriptiva da a conocer un código de programa legible por ordenador con instrucciones legibles por ordenador para ejecutar uno de los métodos de medición de flujo mencionados anteriormente. Además, la presente memoria descriptiva también da a conocer una memoria legible por ordenador con el código de programa legible por ordenador y un componente electrónico para aplicaciones específicas, que es operable para ejecutar el método de medición de flujo mencionado anteriormente.

Además, la presente memoria descriptiva da a conocer un dispositivo para medir una velocidad de flujo de un fluido en un conducto que tiene una disposición de tres transductores. El dispositivo es operativo para llevar a cabo una medición de flujo por tiempo de recorrido o tiempo de vuelo.

El dispositivo comprende un primer conector para conectar un primer elemento ultrasónico, un segundo conector conectar un segundo elemento ultrasónico, y un tercer conector conectar un tercer elemento ultrasónico.

Además, el dispositivo comprende una unidad transmisora para enviar señales de impulsos y para enviar señales de medición, una unidad receptora para recibir señales de respuesta, y una unidad de procesamiento. La unidad transmisora, la unidad receptora y la unidad de procesamiento son proporcionadas para derivar una primera señal de medición a partir de una primera señal invertida, para derivar una segunda señal de medición a partir de una segunda señal invertida y para almacenar la primera señal de medición y la segunda señal de medición.

De forma similar a las realizaciones mencionadas anteriormente, la derivación de la señal invertida comprende la inversión de una porción de señal de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma con respecto al tiempo.

La unidad de procesamiento, la unidad transmisora y la unidad receptora son operativas para aplicar la primera señal de medición predeterminada al primer conector, y para recibir una primera señal de respuesta de la primera señal de medición en el segundo conector.

Además, la unidad de procesamiento, la unidad transmisora y la unidad receptora son operativas para aplicar una segunda señal de medición al primer conector y para recibir una segunda señal de respuesta de la segunda señal de medición en el tercer conector, y para derivar una velocidad de flujo del fluido de al menos una de la primera señal de respuesta y la segunda señal de respuesta.

Además, la unidad de procesamiento, la unidad transmisora y la unidad receptora pueden estar operativas para llevar a cabo cualquiera de los otros métodos de medición y calibración que se describen anteriormente con respecto a una disposición de tres transductores, que pueden ser transductores húmedos o transductores de pinza.

La aplicación de una señal puede comprender, en particular, la recuperación de una señal almacenada en la memoria de ordenador y la generación de una correspondiente señal eléctrica que es entonces transmitida al transductor, en general por medio de un cable. Además, la unidad de procesamiento es operativa para deducir una velocidad de flujo del fluido de al menos una de la primera señal de respuesta y la segunda señal de respuesta.

En particular, los conectores, la unidad transmisora, la unidad receptora y la unidad de procesamiento pueden ser proporcionadas por un caudalímetro ultrasónico de tiempo de recorrido o por una porción del mismo, y en particular por un caudalímetro ultrasónico portátil de tiempo de recorrido o por una porción del mismo.

En un aspecto adicional, la presente memoria descriptiva da a conocer un dispositivo para medir una velocidad de flujo de un fluido en un conducto en una disposición con al menos dos transductores de pinza. En particular, el dispositivo comprende un primer conector, un primer transductor ultrasónico de pinza que está conectado con el primer conector. De modo similar, el dispositivo comprende un segundo conector y un segundo transductor ultrasónico de pinza que está conectado con el segundo conector.

Además, el dispositivo comprende una porción de un conducto, estando montado el primer transductor ultrasónico de pinza en la porción del conducto en una primera ubicación y estando montado el segundo transductor ultrasónico de pinza en la porción del conducto en una segunda ubicación.

Los transductores de pinza están dispuestos de modo que las respectivas líneas de conexión entre el primer transductor ultrasónico y el segundo transductor ultrasónico se extiendan fuera del eje de simetría del conducto de fluido.

De modo similar al dispositivo mencionado anteriormente, el dispositivo comprende una unidad transmisora para enviar señales de impulsos y para enviar señales de medición, una unidad receptora para recibir señales de respuesta y una unidad de procesamiento para derivar una señal de medición a partir de una señal invertida.

De modo similar a las realizaciones mencionadas anteriormente, la señal invertida comprende una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma.

La unidad de procesamiento, la unidad transmisora y la unidad receptora son operativas para aplicar la señal de medición al primer conector, para recibir una señal de respuesta de la primera señal de medición (predeterminada) en el segundo conector y para deducir una velocidad de flujo del fluido a partir de la señal de respuesta.

Además, la unidad de procesamiento, la unidad transmisora y la unidad receptora del dispositivo pueden ser operativas para llevar a cabo cualquiera de los métodos de medición y calibración que se describen anteriormente con respecto a una disposición con un primer transductor de pinza y un segundo transductor de pinza.

En una realización adicional, el dispositivo comprende un convertidor D/A, que está conectado a los respectivos conectores, y un convertidor A/D, que está conectado a los respectivos conectores. Además, el dispositivo comprende una memoria legible por ordenador para almacenar la al menos una señal de medición.

Según una realización adicional, el dispositivo comprende un sintetizador digital directo de señales, que comprende el ADC, un registro de control de frecuencia, un oscilador de referencia, un oscilador controlado numéricamente y un filtro de paso bajo de reconstrucción. El ADC es conectable a los respectivos conectores a través del filtro de paso bajo de reconstrucción.

Según un aspecto adicional, la presente memoria descriptiva da a conocer un método implementado por ordenador para determinar si un dispositivo de prueba dado o un dispositivo objeto de prueba está midiendo una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido según el método de medición mencionado anteriormente. El método de prueba no proporciona una prueba matemática de que se use el mismo método, sino una probabilidad, lo que es suficiente para fines prácticos.

Según este método, el conducto de fluido está dotado de un fluido que tiene una velocidad predeterminada con respecto al conducto de fluido.

El conducto de fluido está dotado de un primer transductor ultrasónico y un segundo transductor ultrasónico, que están montados en respectivas ubicaciones primera y segunda.

Se aplica una señal de impulsos de prueba al primer transductor ultrasónico del dispositivo de prueba, y se recibe una señal de respuesta de prueba de la señal de impulsos de prueba en el segundo transductor ultrasónico del dispositivo de prueba.

Se deriva una primera señal de medición de prueba a partir de la primera señal de respuesta, comprendiendo la derivación de la primera señal de medición la inversión de la respectiva señal de respuesta primera o segunda, o de una porción de la misma, con respecto al tiempo.

La primera señal de medición de prueba es comparada con una primera señal de medición que es emitida en un transductor del dispositivo de prueba. Se determina que el dispositivo de prueba está usando un método para determinar una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido según una de las reivindicaciones 1 a 5 si la primera señal de medición de prueba y la primera señal de medición son similares.

En particular, este método puede llevarse a cabo para cada par de transductores mencionado en una de las reivindicaciones 1 a 5 y se detecta que se usa el correspondiente método si las señales de medición obtenidas son similares para cada par de transductores.

Específicamente, con respecto al método de la reivindicación 1, el correspondiente método de prueba puede comprender, además, dotar al conducto de fluido de un tercer transductor ultrasónico, aplicar una señal de impulsos de prueba al primer transductor ultrasónico del dispositivo de prueba o al segundo transductor ultrasónico del dispositivo de prueba, recibir una segunda señal de respuesta de prueba de la señal de impulsos de prueba en el tercer transductor ultrasónico del dispositivo de prueba, derivar una segunda señal de medición de prueba a partir de la segunda señal de respuesta de prueba, y comparar la segunda señal de medición de prueba con una segunda señal de medición que se emite en un transductor del dispositivo de prueba.

Se determina que el dispositivo de prueba está usando un método para determinar una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido según la reivindicación 1 si la primera señal de medición de prueba y la primera señal de medición son similares.

Se explica ahora con mayor detalle el contenido de la presente memoria descriptiva con respecto a las siguientes Figuras, en las cuales

la Figura 1 muestra una primera disposición de caudalímetro con dos elementos piezoeléctricos,

la Figura 2 muestra la disposición de caudalímetro de la Figura 1, una señal directa y dos señales dispersas, la Figura 3 muestra la disposición de caudalímetro de la Figura 1 cuando se mira en la dirección de flujo, la Figura 4 muestra una segunda disposición de caudalímetro con cuatro elementos piezoeléctricos y cuatro señales directas,

la Figura 5 muestra la disposición de caudalímetro de la Figura 4 cuando se mira en la dirección de flujo, la Figura 6 muestra un diagrama esquemático de una señal de prueba,

la Figura 7 muestra un diagrama esquemático de una respuesta a una señal de prueba,

la Figura 8 muestra un diagrama esquemático de una señal invertida,

la Figura 9 muestra un diagrama esquemático de una respuesta a partir de la señal invertida,

la Figura 10 muestra una primera señal invertida en alta resolución,

la Figura 11 muestra una respuesta de la señal invertida de la Figura 10,

la Figura 12 muestra una señal invertida adicional en alta resolución,

la Figura 13 muestra una respuesta de la señal invertida de la Figura 12,

la Figura 14 muestra una señal invertida adicional en alta resolución,

la Figura 15 muestra una respuesta de la señal invertida de la Figura 14,

la Figura 16 muestra una señal invertida adicional en alta resolución,

la Figura 17 muestra una respuesta de la señal invertida de la Figura 16,

la Figura 18 muestra una señal invertida adicional en alta resolución,

la Figura 19 muestra una respuesta de la señal invertida de la Figura 18,

la Figura 20 muestra una señal invertida adicional en alta resolución,

la Figura 21 muestra una respuesta de la señal invertida de la Figura 20,

la Figura 22 muestra una señal invertida adicional en alta resolución,

la Figura 23 muestra una respuesta de la señal invertida de la Figura 22,

la Figura 24 muestra una señal invertida adicional en alta resolución,

la Figura 25 muestra una respuesta de la señal invertida de la Figura 24,

la Figura 26 muestra una señal invertida adicional en alta resolución,

la Figura 27 muestra una respuesta de la señal invertida de la Figura 26,

la Figura 28 muestra una señal invertida adicional con una resolución de 12 bits,

la Figura 29 muestra una respuesta de la señal de la Figura 28,

la Figura 30 muestra una señal invertida adicional con una resolución de 3 bits,

la Figura 31 muestra una respuesta de la señal de la Figura 30,

la Figura 32 muestra una señal invertida adicional con una resolución de 2 bits,

la Figura 33 muestra una respuesta de la señal de la Figura 32,

la Figura 34 muestra una señal invertida adicional con una resolución de 1 bit,

la Figura 35 muestra una respuesta de la señal de la Figura 34,

la Figura 36 muestra un impulso corto en un elemento piezoeléctrico del caudalímetro de la Figura 1, la Figura 37 muestra una señal de un elemento piezoeléctrico del caudalímetro de la Figura 1, que se deriva de la respuesta invertida de la señal de la Figura 36,

la Figura 38 muestra una respuesta de la señal de la Figura 37,

la Figura 39 muestra una función de correlación cruzada aguas arriba y aguas abajo,

la Figura 40 muestra una ampliación seccional de la Figura 39,

la Figura 41 muestra una señal de respuesta de una señal invertida para un desfase de 12 grados con respecto a una disposición opuesta de elementos piezoeléctricos,

la Figura 42 muestra una disposición de sensores de muchos a uno para una medición de flujo según la presente memoria descriptiva,

la Figura 43 muestra una disposición de sensores de uno a muchos para una medición de flujo según la presente memoria descriptiva,

la Figura 44 muestra una disposición de sensores de uno a uno para una medición de flujo en una capa según la presente memoria descriptiva,

la Figura 45 muestra una disposición de múltiples sensores para una medición de flujo en múltiples capas según la presente memoria descriptiva,

la Figura 46 muestra un dispositivo para medir una velocidad de flujo según la presente memoria descriptiva, la Figura 47 muestra un sintetizador digital directo para su uso en el dispositivo de la Figura 46,

la Figura 48 muestra una sección longitudinal de una disposición asimétrica de transductores,

la Figura 49 muestra una sección transversal de la disposición de la Figura 49,

la Figura 50 muestra una señal de medición de un ciclo de una medición por tiempo de vuelo,

la Figura 51 muestra una señal de medición de diez ciclos de una medición por tiempo de vuelo,

la Figura 52 muestra una señal de medición que se deriva de una señal invertida en el tiempo,

la Figura 53 muestra una señal de respuesta de la señal de la Figura 50, siendo proporcionado el canal de transmisión por la disposición asimétrica de las Figuras 48 y 49,

la Figura 54 muestra una señal de respuesta de la señal de la Figura 51 para la disposición de las Figuras 48 y 49,

la Figura 55 muestra una señal de respuesta de la señal de la Figura 52 para la disposición de las Figuras 48 y 49,

la Figura 56 muestra un procedimiento de obtención de señales de medición correspondiente a dos trayectorias de señales en una disposición de tres transductores,

la Figura 57 muestra una medición de flujo por TOF usando las señales de medición obtenidas en el método de la Figura 56,

la Figura 58 muestra dos disposiciones diferentes de dos transductores en un conducto,

la Figura 59 muestra distribuciones de presión de señales de medición obtenidas en la disposición de la Figura 58, y

la Figura 60 ilustra un ejemplo de determinación de si un dispositivo sometido a comprobación usa el mismo método de medición de flujo que un dispositivo de verificación.

En la siguiente descripción, se proporcionan detalles para describir las realizaciones de la presente memoria descriptiva. Sin embargo, resultará evidente para un experto en la técnica que se pueden poner en práctica realizaciones sin tales detalles.

Algunas partes de las realizaciones, que se muestran en las Figuras, tienen partes similares. Las partes similares tienen los mismos nombres o números de parte similares con un símbolo de prima o con un símbolo alfabético. La descripción de tales partes similares también se aplica por referencia a otras partes similares, cuando proceda, reduciendo con ello la repetición de texto sin limitar la divulgación.

La Figura 1 muestra una primera disposición 10 de caudalímetro. En la disposición de caudalímetro, se coloca un primer elemento piezoeléctrico 11 en una pared exterior de una tubería 12, también denominada tubo 12. Se coloca un segundo elemento piezoeléctrico 13 en un lado opuesto de la tubería 12, de modo que una línea directa entre el elemento piezoeléctrico 11 y el elemento piezoeléctrico 13 aguas abajo esté orientada con un ángulo p con respecto a la dirección 14 del flujo medio, que también es, al mismo tiempo, la dirección del eje de simetría de la tubería 12. El ángulo p se escoge para que sea de aproximadamente 45 grados en el ejemplo de la Figura 1, pero también puede ser más pronunciado —como, por ejemplo, 60 grados— o menos pronunciado —como, por ejemplo, 30 grados— .

En general, un elemento piezoeléctrico, tales como los elementos piezoeléctricos 11, 13 de la Figura 1, puede ser operado como un transmisor acústico y como un sensor acústico. Un transmisor acústico y un sensor acústico pueden ser proporcionados por el mismo elemento piezoeléctrico o por regiones diferentes del mismo elemento piezoeléctrico. En este caso, a un elemento o transductor piezoeléctrico también se lo denomina transmisor piezoeléctrico cuando es operado como transmisor o fuente de sonido y también se denominado sensor o receptor acústico cuando es operado como sensor acústico.

Cuando la dirección del flujo es como la mostrada en la Figura 1, el primer elemento piezoeléctrico 11 también es denominado elemento piezoeléctrico “aguas arriba” y el segundo elemento piezoeléctrico 13 también es denominado elemento piezoeléctrico “aguas abajo”. Un caudalímetro según la presente memoria descriptiva funciona para ambas direcciones de flujo esencialmente de la misma forma y la dirección de flujo de la Figura 1 se proporciona únicamente a título de ejemplo.

La Figura 1 muestra un flujo de señales eléctricas de la Figura 1 para una configuración en la cual el elemento piezoeléctrico aguas arriba 11 es operado como transductor piezoeléctrico y el elemento piezoeléctrico aguas abajo 13 es operado como sensor acústico. En aras de la claridad, la aplicación funciona aguas arriba y aguas abajo; es decir, las posiciones de los elementos piezoeléctricos pueden intercambiarse.

Una primera unidad 15 de cálculo está conectada al elemento piezoeléctrico aguas arriba 11 y una segunda unidad 16 de cálculo está conectada al elemento piezoeléctrico aguas abajo 13. La primera unidad 15 de cálculo comprende un primer procesador de señales digitales, un primer convertidor digital a analógico (DAC) y un primer convertidor analógico a digital (ADC). Asimismo, la segunda unidad 16 de cálculo comprende un segundo procesador de señales digitales, un segundo convertidor digital a analógico (DAC) y un segundo convertidor analógico a digital (ADC). La primera unidad 15 de cálculo está conectada a la segunda unidad 16 de cálculo.

La disposición con dos unidades 15, 16 de cálculo mostrada en la Figura 1 es proporcionada únicamente a título de ejemplo. Otras realizaciones pueden tener cantidades y disposiciones diferentes de unidades de cálculo. Por ejemplo, puede haber únicamente una unidad central de cálculo o puede haber dos convertidores AD/DC y una unidad central de cálculo, o puede haber dos unidades de cálculo a pequeña escala en los transductores y una unidad central de cálculo mayor.

Pueden proporcionarse una unidad de cálculo o unidades de cálculo mediante microcontroladores o circuitos integrados para aplicaciones específicas (ASIC), o matrices de puertas lógicas programables in situ (FPGA), por ejemplo. Específicamente, la síntesis de una señal eléctrica a partir de una señal digital almacenada puede ser proporcionada por un sintetizador digital directo (DDS), que comprende un convertidor digital a analógico (DA, DAC).

Un método de generación de una señal de medición según la presente memoria descriptiva comprende las etapas siguientes.

Se genera una señal digital predeterminada de prueba sintetizando una señal acústica con el procesador de señales digitales de la primera unidad 15 de cálculo. La señal digital de prueba es enviada de la primera unidad 15 de cálculo al transductor piezoeléctrico 11 a lo largo de la trayectoria 17 de señal. El transductor piezoeléctrico 11 genera una correspondiente señal ultrasónica de prueba. Las unidades 15 y 16 también pueden ser proporcionadas en una sola unidad.

La señal de prueba es proporcionada como un impulso corto; por ejemplo, por una sola oscilación de 1 MHz o por 10 oscilaciones de ese tipo. En particular, la señal de prueba puede ser proporcionada por un pequeño número de oscilaciones de amplitud constante, aproximándose por ello a una señal rectangular. La oscilación o las oscilaciones pueden tener una forma sinusoidal, una forma triangular, una forma rectangular o también otras formas.

La señal ultrasónica de prueba se desplaza por el líquido dentro de la tubería 12 hasta el sensor piezoeléctrico 13. En la Figura 1, la flecha 18 indica una trayectoria de señal directa de la señal ultrasónica. Asimismo, la flecha 19 indica una trayectoria de señal directa de la señal ultrasónica en la dirección inversa. La señal de respuesta es captada por el sensor piezoeléctrico 13, enviada a la segunda unidad 16 de cálculo a lo largo de la trayectoria 20 de señal, y digitalizada por la segunda unidad 16 de cálculo.

En una etapa adicional, se deriva una señal digital de medición a partir de la señal digitalizada de respuesta. La derivación de las medición es se refiere a una inversión de la señal digitalizada de respuesta con respecto al tiempo. Según realizaciones adicionales, la derivación comprende etapas adicionales tales como una conversión a una resolución reducida en al intervalo de amplitud, un filtrado de ancho de banda de la señal para eliminar ruido, tal como un ruido de baja frecuencia y un ruido de alta frecuencia. En particular, la etapa de filtrado de ancho de banda puede ejecutarse antes de la etapa de inversión de la señal con respecto al tiempo.

La inversión de la señal se puede llevar a cabo de diversas maneras; por ejemplo, leyendo una zona de memoria en la dirección inversa o invirtiendo el signo de las componentes sinusoidales en una representación de Fourier.

En una realización, se selecciona una porción adecuada de la señal digitalizada de respuesta que contiene la respuesta de la señal directa. A continuación, se da la vuelta a la porción de la señal de respuesta o se la invierte con respecto al tiempo. En otras palabras, en la señal invertida de medición se envían antes las porciones de señal de la señal de respuesta que se envían posteriormente. Si una señal está representada por una secuencia ordenada temporalmente de muestras de amplitud, a título de ejemplo, la inversión de señal mencionada anteriormente equivale a invertir o dar la vuelta al orden de las muestras de amplitud.

La señal resultante, en la que se ha invertido la dirección o el signo del tiempo, también es denominada “señal invertida”. La expresión “invertida” es este contexto se refiere a una inversión con respecto a la dirección del tiempo, y no a una inversión con respecto a un valor, tal como un valor de amplitud.

Las Figuras 10 a 19 muestran, a título de ejemplo, señales digitales según la presente memoria descriptiva.

En un caudalímetro de flujo según una realización de la presente memoria descriptiva, se usa la misma señal de medición para ambas direcciones 18, 19 —las direcciones aguas abajo y aguas arriba— , proporcionando una disposición simple y eficiente. Según otras realizaciones, se usan diferentes señales de medición para ambas direcciones. En particular, la señal de medición puede ser aplicada al receptor original de la señal de prueba. Tales disposiciones pueden proporcionar ventajas para las condiciones asimétricas y las formas de la tubería.

Un método de medición de una velocidad de flujo de un líquido a través de una tubería que usa como señal de medición la señal invertida mencionada anteriormente, comprende las siguientes etapas.

La señal de medición mencionada anteriormente se envía de la primera unidad 15 de cálculo al transductor piezoeléctrico 11 a lo largo de la trayectoria 17 de señal. El transductor piezoeléctrico 11 genera una correspondiente señal ultrasónica de medición. En las Figuras 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 37 y 38 se proporcionan ejemplos de tal señal de medición.

La señal ultrasónica de medición se desplaza a través del líquido en la tubería 12 hasta el sensor piezoeléctrico 13. La señal de respuesta es captada por el sensor piezoeléctrico 13, enviada a la segunda unidad 16 de cálculo a lo largo de la trayectoria 20 de señal, y digitalizada por la segunda unidad 16 de cálculo.

La segunda unidad 16 de cálculo envía la señal digitalizada de respuesta a la primera unidad 15 de cálculo. La primera unidad 15 de cálculo determina el tiempo de vuelo de la señal recibida; por ejemplo, usando uno de los métodos descritos más abajo.

Se lleva a cabo un proceso similar para una señal que se desplaza en la dirección inversa 19; concretamente, la señal de medición mencionada anteriormente se aplica al elemento piezoeléctrico aguas abajo 13, y una señal de respuesta es medida por el elemento piezoeléctrico aguas arriba 11 para obtener un tiempo de vuelo aguas arriba TOF^subidaen la dirección inversa 19. La primera unidad 15 de cálculo determina una velocidad de flujo, por ejemplo según la fórmula

2

V ^{= 7. b '} (

• TOF ^{sub ida} —

L _• _cosb TOF ^bajada ) ’

2

en donde L es la longitud de la trayectoria directa entre los elementos piezoeléctricos 11, 13, p es el ángulo de inclinación de la trayectoria directa entre los elementos piezoeléctricos 11, 13 y la dirección del flujo medio, y c es la velocidad del sonido en el líquido bajo la las condiciones dadas de presión y temperatura.

La velocidad del sonido al cuadrado c2 puede aproximarse al segundo orden mediante la expresión

2 L

c

T O F subida T O F bajada

que lleva a la fórmula

Por ello, no es necesario determinar la temperatura ni la presión, que, a su vez, determinan la densidad del fluido y la velocidad del sonido, ni medir la velocidad del sonido o la densidad del fluido directamente. En cambio, el primer orden del error no se cancela para una sola dirección de medición.

En vez de usar un factor 2 • L • ^cos b , puede derivarse una constante de proporcionalidad a partir de una medición de calibración con una velocidad de flujo conocida. La constante de proporcionalidad de la calibración tiene en cuenta efectos adicionales tales como perfiles de flujo y aportaciones de ondas de sonido que se dispersaron y no se desplazaron en línea recta.

Según una realización adicional, el proceso de generación de una señal de impulsos, grabación de una señal de respuesta y derivación de una señal invertida de medición a partir de la señal de respuesta se simula en un ordenador. Se proporcionan como parámetros de entrada a la simulación parámetros relevantes como el diámetro de tubería de la tubería 12 y las ubicaciones de los sensores.

Según otra realización adicional, la señal de medición, que ha de ser suministrada a un elemento piezoeléctrico transmisor, se sintetiza usando una forma de una señal típica de respuesta a una señal de impulsos, tal como las formas de señal mostradas en las Figuras 37 y 38. Por ejemplo, la señal de medición puede ser proporcionada por una oscilación sinusoidal de 1 MHz, que es modulada en amplitud con una envolvente según una función de probabilidad gaussiana que tiene una anchura media de 10 microsegundos. La anchura media puede ser escogida como un parámetro de entrada, que depende de la disposición real, tal como el diámetro de la tubería y la ubicación de los sensores.

Un caudalímetro según la presente memoria descriptiva también puede ser proporcionado como un caudalímetro predefinido, en el que la señal de medición se genera durante una prueba de funcionamiento en un emplazamiento de fábrica, en particular cuando el caudalímetro es suministrado junto con una sección de tubería.

Según una realización simple de la presente memoria descriptiva, un tiempo de vuelo en una dirección aguas arriba y aguas abajo se determina evaluando el tiempo de una amplitud máxima de una señal recibida con respecto al tiempo de envío de la señal de medición. Para lograr una precisión mayor, el máximo puede determinarse usando una envolvente de la señal recibida. Según una realización adicional, la medición se repite múltiples veces y se usa un tiempo de vuelo promedio.

Según una realización adicional de la presente memoria descriptiva, el tiempo de vuelo de una señal se evalúa usando una técnica de correlación cruzada. En particular, los respectivos desfases temporales pueden ser evaluados correlacionando de forma cruzada la señal recibida aguas abajo o aguas arriba con la señal recibida a velocidad de flujo nula según la fórmula:

^{en donde} Señal^Flujo ^{representa una señal aguas arriba o aguas abajo en condiciones de medición, cuando hay un}

^{flujo de fluido a través de la tubería, y en donde} Señal^SinFlujo ^{representa una señal en condiciones de calibración a}flujo nulo. Los límites infinitos de la suma representan una ventana temporal suficientemente grande [-T1, T2]. En términos más generales, no es preciso que -T1 y T2 sean iguales y, por razones de practicidad, esto puede ser ventajoso para el caudalímetro.

^{A continuación, se obtiene el desfase temporal} TOF^{subida —}TOF^{baj aia} ^{comparando el instante del máximo de la}función de correlación aguas arriba con el instante del máximo de la función de correlación aguas abajo. La envolvente de la función de correlación puede ser usada para determinar con mayor precisión la ubicación del máximo.

En una realización adicional, se proporciona una unidad de evaluación separada entre la primera unidad 15 de cálculo y la segunda unidad 16 de cálculo, que lleva a cabo el cálculo de los tiempos de llegada y de la velocidad de flujo.

En general, la señal medida del sensor acústico es resultado de una superposición de señal dispersas y de una señal directa. Las señales dispersas son reflejadas en las paredes interna y externa de la tubería una o múltiples veces, incluyendo procesos de dispersión adicional dentro de la pared de la tubería. Esto se muestra, a título de ejemplo, en la Figura 2.

La configuración de transductores de la Figura 1 es una configuración de línea directa o en “Z”. También son posibles otras disposiciones, que hacen uso de reflexiones en un lado opuesto de la tubería, tales como las configuraciones en “V” y en “W”. Las configuraciones en V y en W funcionan basándose en las reflexiones en la pared de la tubería, que inducen más dispersiones que la configuración en Z. El contenido de la solicitud se beneficiará de estas configuraciones, siempre y cuando las trayectorias se entiendan debidamente.

En una configuración en V, los dos transductores están montados en el mismo lado de la tubería. Para grabar una reflexión de 45 grados, están colocados en torno al diámetro de la tubería separados en la dirección del flujo. La configuración en W hace uso de tres reflexiones. De modo similar a la configuración en V, los dos transductores están montados en el mismo lado de la tubería. Para grabar una señal después de dos reflexiones de 45 grados, se colocan con una separación de dos diámetros de la tubería en la dirección del flujo.

La Figura 2 muestra, a título de ejemplo, una primera señal acústica “1”, que se desplaza directamente del elemento piezoeléctrico 11 al elemento piezoeléctrico 13, una segunda señal acústica “2”, que se dispersa una vez en la periferia de la tubería 12, y una tercera señal 3, que se dispersa tres veces en la periferia de la tubería 12.

En aras de la simplicidad, los eventos de dispersión se muestran como reflexiones en las Figuras 2 a 5, pero el proceso real de dispersión puede ser más complicado. En particular, la dispersión más relevante se produce normalmente en la pared de la tubería o en material que está montado delante de los transductores piezoeléctricos. La Figura 3 muestra una vista de la Figura 2 en la dirección de flujo en la dirección de visionado A-A.

Las Figuras 4 y 5 muestran una segunda disposición de sensores en el que un elemento piezoeléctrico adicional 22 está colocado en un ángulo de 45 grados con respecto al elemento piezoeléctrico 11 y un elemento piezoeléctrico adicional 23 está colocado en un ángulo de 45 grados con respecto al elemento piezoeléctrico 13.

Además, las Figuras 4 y 5 muestran una línea directa o recta, trayectorias de la señal acústica para una situación en la que los elementos piezoeléctricos 11, 22 son operados como piezotransductores y los elementos piezoeléctricos 13, 23 son operados como sensores acústicos. El elemento piezoeléctrico 23, que está en la parte de atrás de la tubería 12 en la vista de la Figura 4 es mostrado por una línea discontinua en la Figura 4.

Las Figuras 6 a 9 muestran, de manera simplificada, un método de generación de una señal de medición a partir de una respuesta de una señal de prueba. En las Figuras 6 a 9, las pérdidas debida a la dispersión se indican mediante las porciones sombreadas de una señal y mediante las flechas.

Para las consideraciones de las Figuras 6 a 9, se da por sentado que la señal acústica solo se propaga a lo largo de una trayectoria en línea recta, a lo largo de un primer canal de dispersión con un retardo temporal At, y a lo largo de un segundo canal de dispersión con un retardo temporal de 2At. No se considera la atenuación de la señal a lo largo de las trayectorias.

Al elemento piezoeléctrico 11 se le aplica una señal de prueba en forma de impulso rectangular. Debido a la dispersión, una primera porción de la amplitud de la señal se pierde debido a la primera trayectoria de dispersión y aparece después de un tiempo At, y una segunda porción de la amplitud de la señal se pierde debido a la segunda trayectoria de dispersión y aparece después de un tiempo 2At. Esto produce una señal según las columnas blancas de la Figura 7, que se graba en el elemento piezoeléctrico 13.

Un procesador de señales invierte esta señal grabada con respecto al tiempo y la señal invertida es aplicada al elemento piezoeléctrico 11. Ahora se aplica a las tres componentes de la señal el mismo proceso de dispersión explicado anteriormente. En consecuencia, se graba una señal según la Figura 9 en el elemento piezoeléctrico 13 que es aproximadamente simétrica.

En realidad, las señales recibidas estarán distribuidas en el tiempo y hay a menudo una “onda balística” que se ha desplazado a través del material de la tubería y llega antes que la señal directa. Esta onda de superficie se descarta escogiendo una ventana temporal adecuada para generar la señal invertida de medición. Asimismo, las señales que surgen de reflexiones múltiples y llegan tarde pueden ser descartadas limitando la ventana temporal y/o escogiendo partes específicas de la señal.

La siguiente Tabla 1 muestra retardos temporales medidos para un alineamiento directo, o, en otras palabras, para una conexión en línea recta entre elementos piezoeléctricos sujetos a una tubería DN 250 en un plano perpendicular a la extensión longitudinal de la tubería DN 250. El caudal se refiere a un flujo de agua a través de la tubería DN 250.

En el presente documento, “Ciclo TOF 1” se refiere a un impulso tal como el mostrado en la Figura 36, que es generado por un elemento piezoeléctrico que es excitado por una señal eléctrica con 1 oscilación que tiene un periodo de 1 ps. “Ciclo TOF 10” se refiere a una señal que es generada por un elemento piezoeléctrico que es excitado por una señal eléctrica con 10 oscilaciones sinusoidales de amplitud constante que tienen un periodo de 1 ps.

La siguiente tabla muestra retardos temporales medidos para un desfase de 12 grados con respecto a una conexión en línea recta entre elementos piezoeléctricos sujetos en una tubería DN 250 en un plano perpendicular a la extensión longitudinal de la tubería DN 250 (véanse también las Figuras 48 y 49).

Las Figuras 9 - 27 muestran señales invertidas y sus respectivas señales de respuesta en alta resolución. La tensión se representa en unidades arbitrarias con respecto al tiempo en microsegundos.

Los ejes temporales en las Figuras superiores muestran un tiempo de transmisión de la señal invertida. El tiempo de transmisión está limitado a la ventana temporal que se usa para grabar la señal invertida. En el ejemplo de las Figuras 9 - 27, la ventana temporal comienza poco antes del inicio del máximo, que proviene de la señal directa y termina 100 microsegundos después.

Los ejes temporales en las Figuras inferiores se centran en torno al máximo de las señales de respuesta y se extienden 100 microsegundos, que es el tamaño de la ventana temporal para la señal invertida, antes y después del máximo de las señales de respuesta.

Las Figuras 28 - 35 muestran señales digitalizadas invertidas en alta resolución y en una resolución de 12, 3, 2 y 1 bits en el intervalo de amplitud y sus respectivas señales de respuesta. La tensión se representa en voltios con respecto al tiempo en microsegundos. Las señales de las Figuras 28 - 25 fueron obtenidas para una tubería DN 250 llena de agua.

La longitud de la ventana temporal para la señal invertida es de 450 microsegundos. Por ende, la ventana temporal de las Figuras 28 - 35 es más de cuatro veces mayor que en las Figuras 9 - 27 precedentes.

En las Figuras 28 - 35 puede verse que incluso una digitalización con una resolución de 1 bit produce un impulso muy marcado. Puede verse que el impulso se hace aún más pronunciado para resoluciones menores. Una posible explicación para este efecto es que, en el ejemplo de las Figuras 28 - 35, la energía total de la señal de entrada aumenta al usar una digitalización más gruesa en el intervalo de amplitud mientras la señal de respuesta permanece concentrada en el tiempo.

La Figura 36 muestra una señal que es generada por un elemento piezoeléctrico después de recibir un impulso eléctrico que dura aproximadamente 0,56 microsegundos, que es equivalente a una frecuencia de 3,57 MHz. Debido a la inercia del elemento piezoeléctrico, la máxima amplitud para la tensión negativa es menor que para la tensión positiva, y hay múltiples reverberaciones antes de que el elemento piezoeléctrico se detenga.

La Figura 37 muestra una señal eléctrica que se aplica a un elemento piezoeléctrico, tal como el elemento piezoeléctrico aguas arriba 11 de la Figura 1. La señal de la Figura 37 se deriva formando un promedio de diez señales digitalizadas de respuesta a una señal del tipo mostrado en la Figura 36 e invirtiendo la señal en el tiempo, siendo recibidas las señales de respuesta por un elemento piezoeléctrico, tal como el elemento piezoeléctrico aguas abajo 13 de la Figura 1.

En el ejemplo de la Figura 37, las señales digitalizadas se obtienen cortando una porción de señal de la señal de respuesta que comienza aproximadamente 10 microsegundos antes del inicio de la envolvente de la señal de respuesta y que termina aproximadamente 55 microsegundos detrás de la envolvente de la señal de respuesta. La forma de la envolvente de la señal de respuesta de la Figura 37 es similar a la forma de una distribución de probabilidad gaussiana o, en otras palabras, a una versión desplazada y cambiada de escala de exp(-x2).

La Figura 38 muestra una porción de una señal de respuesta a la señal mostrada en la Figura 37, aplicándose la señal de la Figura 37 a un primer elemento piezoeléctrico, tal como el elemento piezoeléctrico aguas arriba 11, y recibiéndose en un segundo elemento piezoeléctrico, tal como el elemento piezoeléctrico aguas abajo 13 de la Figura 1.

La Figura 39 muestra, respectivamente, una función de correlación cruzada aguas arriba y una función de correlación cruzada aguas abajo, que se obtienen correlacionando de forma cruzada la señal aguas arriba y la señal aguas abajo de la disposición de la Figura 1 con una señal obtenida con flujo nulo.

La Figura 40 muestra una ampliación seccional de la Figura 39. Dos marcadores de posición indican las posiciones de los máximos respectivos de la función de correlación cruzada aguas arriba y aguas abajo. La diferencia temporal entre los máximos es una medida de la diferencia temporal entre la señal aguas arriba y la señal aguas abajo.

La Figura 41 muestra una señal de respuesta que se obtuvo en condiciones similares que la señal de respuesta de la Figura 37. A diferencia de la disposición de la Figura 37, los elementos piezoeléctricos están desalineados 12 grados con respecto a una disposición en línea recta a lo largo del perímetro de la tubería. En el recuadro de la Figura 41 se muestra este desfase. La Figura 41 muestra que incluso en condiciones de desalineamiento, hay una señal de respuesta razonablemente bien definida.

Las Figuras 42 a 45 muestran, a título de ejemplo, diferentes disposiciones de transductores piezoeléctricos de pinza para las que puede usarse una medición de flujo según la presente memoria descriptiva. Especialmente para los transductores de pinza, un método de medición de flujo según la presente memoria descriptiva puede llevar a una mejora de la elación señal-ruido en las disposiciones de las Figuras 42 a 45 o en otras disposiciones similares de transductores. Además, el método de medición de flujo puede proporcionar ahorros de energía al proporcionar una mayor amplitud de señal de la señal de respuesta para una potencia dada de emisión de señales. Por ello, puede reducirse la potencia de emisión de señales.

Las Figuras 42 a 45 están alineadas de forma que la fuerza gravitatoria sobre un líquido en la tubería 12 apunte hacia abajo. Sin embargo, también pueden usarse disposiciones que estén giradas con respecto a las disposiciones de las Figuras 42 a 45. La dirección de visionado de las Figuras 42 a 45 es a lo largo del eje longitudinal de la tubería 12. En las Figuras 42 a 45 no se indica una posición aguas arriba o aguas abajo de un transductor.

En la disposición de la Figura 42, se proporciona un conjunto de cinco elementos piezoeléctricos 31 - 35 en una primera ubicación y se coloca un elemento piezoeléctrico adicional 36 aguas arriba o aguas abajo de la primera ubicación. El conjunto de elementos piezoeléctricos 31 - 35 puede ser usado para obtener un frente de onda predeterminado y para lograr una mejor concentración de una onda acústica en una dirección predeterminada, cuando el conjunto de cinco elementos 31 - 35 se usa como transmisor y el elemento adicional 36 se usa como receptor.

En la disposición de la Figura 43, se proporciona un único elemento piezoeléctrico 37 en una primera ubicación y se coloca un conjunto de cinco elementos piezoeléctricos 38 - 42 aguas arriba o aguas abajo de la primera ubicación. El conjunto de elementos piezoeléctricos 38 - 42 puede ser usado para obtener una mejor grabación del frente de onda de la señal de respuesta. La mejor grabación puede ser usada entonces para obtener una señal mejorada de medición del flujo, que, a continuación, es aplicada al elemento piezoeléctrico único 37.

La Figura 44 muestra una disposición de dos elementos piezoeléctricos 43, 44 en donde un elemento es colocado aguas abajo con respecto al otro. La distancia d de la línea de conexión entre los elementos piezoeléctricos 43, 44 y el eje de simetría de la tubería 12 es aproximadamente la mitad del radio de la tubería 12, de modo que pueda medir una capa de flujo a una distancia d del eje central de la tubería 12.

Especialmente para transductores de pinza, tales como los elementos piezoeléctricos 43, 44 mostrados en la Figura 44, la medición de flujo según la presente memoria descriptiva proporciona una señal mejorada en el elemento piezoeléctrico receptor 44, 43 mediante formación de haces.

La Figura 45 muestra una disposición de ocho elementos piezoeléctricos 45 - 52, que están separados 45 grados entre sí. Son posibles varias disposiciones con respecto las colocaciones aguas arriba-aguas abajo.

En una disposición, las ubicaciones de los sensores alternan entre aguas arriba y aguas abajo a lo largo del perímetro; por ejemplo, 45, 47, 49, 51 aguas arriba y 46, 48, 50, 52 aguas abajo.

En otra disposición, se colocan cuatro primeros elementos consecutivos, tales como 45 - 48, a lo largo del perímetro aguas arriba o aguas abajo con respecto a los otros cuatro elementos, tales como 49 - 52. En una disposición adicional con 16 elementos piezoeléctricos, todos los elementos piezoeléctricos 45 - 52 de la Figura 45 están colocados en un plano y se repite la disposición de la Figura 45 en la dirección aguas arriba o aguas abajo.

La Figura 46 muestra, a título de ejemplo, un dispositivo 60 de medición de flujo para medir un flujo en la disposición en la Figura 1 u otras disposiciones según la presente memoria descriptiva. En la disposición de la Figura 1, el dispositivo 60 de medición de flujo es proporcionado por las unidades de cálculo primera y segunda 15 y 16.

El dispositivo 60 de medición de flujo comprende un primer conector 61 para conectar un primer transductor piezoeléctrico y un segundo conector 62 para conectar un segundo transductor piezoeléctrico. El primer conector 61 está conectado a un convertidor digital a analógico (DAC) 64 a través de un multiplexor 63. El segundo conector 62 está conectado a un convertidor analógico a digital 65 a través de un desmultiplexor 66.

El ADC 65 está conectado a una unidad 67 de selección de señales, que está conectada a una unidad 68 de inversión de señales, que está conectada a un filtro 69 de paso de banda, que está conectado a una memoria 70 legible por ordenador. Además, el ADC 65 está conectado a una unidad 71 de cálculo de la velocidad.

El DAC 64 está conectado a un generador 72 de señales de impulsos y a un generador 73 de señales de medición. El generador de señales de medición está conectado al generador 72 de impulsos a través de una línea 74 de órdenes. La unidad 71 de cálculo de la velocidad está conectada al generador 73 de señales de medición mediante una segunda línea 75 de órdenes.

En general, el generador 72 de señales de impulsos y el generador de señales de medición comprenden elementos de soporte físico, tales como un oscilador, y elementos de soporte lógico, tales como un módulo generador de impulsos y un módulo generador de señales de medición. En este caso, las líneas 74, 75 de órdenes pueden ser proporcionadas por interfaces de soporte lógico entre los respectivos módulos.

Durante la fase de generación de señales, el generador de señales de impulsos envía una señal al DAC 64, la unidad 67 de selección recibe una correspondiente señal entrante a través del ADC 65 y selecciona una porción de una señal entrante. La unidad 68 de inversión invierte la porción seleccionada de señal con respecto al tiempo, el filtro opcional 69 de paso de banda filtra las frecuencias más bajas y más altas y la señal resultante de medición es almacenada en la memoria 70 del ordenador. Cuando se usa la palabra “señal” con referencia a una etapa de manipulación de señales, puede referirse en particular a una representación de una señal en una memoria de ordenador.

En particular, una representación de señal puede definirse por pares de valores de amplitudes digitalizadas y tiempos discretos asociados. Otras representaciones comprenden, entre otras, coeficientes de Fourier, coeficientes de trenes de ondas y una envolvente para modular una señal en amplitud.

La Figura 47 muestra una segunda realización de un dispositivo 60' de medición de flujo para medir un flujo en la disposición de la Figura 1 u otras disposiciones según la presente memoria descriptiva. El dispositivo 60' de medición de flujo comprende un sintetizador digital directo (DDS) 76. En aras de la simplicidad, solo se muestran los componentes del DDS 76. Al DDS 76 también se lo denomina generador de formas de onda arbitrarias (AWG, por sus siglas en inglés).

El DDS 76 comprende un oscilador 77 de referencia, que está conectado a un registro controlador 78 de frecuencia, a un oscilador controlado numéricamente (NCO, por sus siglas en inglés) 79 y al DAC 64. Una entrada del NCO 79 para N canales está conectada a una salida del registro 78 de control de frecuencia. Una entrada del DAC 64 para M canales está conectada al NCO 79 y una entrada de un filtro de paso bajo de reconstrucción está conectado al DAC 64. A título de ejemplo, puede usarse un oscilador directo controlado numéricamente 79 con una frecuencia de reloj de 100 MHz para generar una señal de 1 MHz modulada en amplitud.

Una salida del filtro 80 de paso bajo de reconstrucción está conectada a los transductores piezoeléctricos 11, 13 de la Figura 1.

Debido a la inercia del un cristal oscilador, es a menudo ventajoso usar un oscilador con una frecuencia mayor que la de una onda portadora para obtener una señal predeterminada modulada en amplitud, por ejemplo usando un sintetizador digital directo, como se muestra en la Figura 47.

En particular, las etapas del método de almacenamiento de una representación digital de una señal y de realización de operaciones tales como la selección de una porción de señal, pueden intercambiarse la inversión de una señal en el tiempo y el filtrado de una señal. Por ejemplo, una señal puede almacenarse en forma invertida en el tiempo o puede ser leída en orden inverso para obtener una señal invertida en el tiempo.

Aunque la presente invención se explica con respecto a una tubería DN 250 redonda, puede ser fácilmente aplicada a otros tamaños de tubería o incluso a otras formas de tubería. Aunque las realizaciones se explican con respecto a transductores de pinza, también pueden usarse transductores húmedos, que sobresalen al interior de una tubería.

Las Figuras 48 y 49 muestran una disposición asimétrica de transductores, en donde un segundo transductor está desfasado 12 grados con respecto al eje de simetría del conducto 12.

La Figura 50 muestra una señal de medición de un ciclo de una medición por tiempo de vuelo, y la Figura 51 muestra una señal de medición de diez ciclos de una medición por tiempo de vuelo. Las señales mostradas en las Figuras 50 y 51 pueden usarse para una medición por tiempo de vuelo. Además, las señales también pueden usarse para generar una señal de medición según la presente memoria descriptiva usando una inversión con respecto al tiempo de una señal de respuesta recibida, tal como las señales de respuesta de las Figuras 52 y 53.

La Figura 52 muestra un ejemplo de una señal de medición que está derivada de una señal invertida en el tiempo, que es almacenada a baja resolución.

Las Figuras 53 a 55 muestran señales de respuesta a las respectivas señales de las Figuras 50 a 52. La señal de respuesta es captada por un transductor receptor 11, 13 de la disposición asimétrica de las Figuras 48, 49 en respuesta a una señal de un transductor emisor, que es excitado por la señal de la Figura 50.

En particular, la Figura 53 muestra una señal de respuesta de la señal de la Figura 50, la Figura 54 muestra una señal de respuesta de la señal de la Figura 51 para la disposición de las Figuras 48 y 49 y la Figura 55 muestra una señal de respuesta de la señal de la Figura 52 para la disposición de las Figuras 48 y 49. En los ejemplos mostrados, la señal de respuesta está más concentrada en el tiempo, tiene una mayor amplitud y tiene una envolvente mejor definida que las señales de las Figuras 52 y 53.

El resultado de la Figura 55 demuestra que pueden retenerse las ventajas de la inversión de la respuesta de impulsos con respecto al tiempo, que permiten, Ínter alia, usar señales de menor energía, para una resolución de grano grueso y disposiciones asimétricas de transductores.

Los resultados de la Figura 55 demuestran que el uso de una señal invertida con respecto al tiempo según la presente memoria descriptiva es capaz de proporcionar retardos cortos en comparación con mediciones convencionales de desfases Doppler por tiempo de vuelo usando una señal con 1 o 10 ciclos de oscilaciones. La Figura 55, como resultado de la disposición mostrada en la Figura 48 y la Figura 49, muestra, además, que una señal de medición según la presente memoria descriptiva puede ser usada con fines de formación de haces.

La Tabla 2 muestra retardos temporales para la disposición asimétrica mostrada en las Figuras 48, 49 y para respectivos caudales de 21,44 y 61 metros cúbicos por hora.

Las Figuras 56 a 59 ilustran ejemplos adicionales de aplicaciones de formación de haces. En general, hay

^ i = N * ( N — l ) / 2 canales directos de transmisión entre N transductores, sin considerar las reflexiones en

las paredes de la tubería, que se proporcionan en un conducto. Estos canales de transmisión tienen, en general, propiedades diferentes y llevan a señales de respuesta diferentes.

En caso de que la totalidad de los N transductores esté montada a diferentes alturas con respecto a una dirección de flujo o a una dirección longitudinal del conducto, todos estos canales de transmisión pueden ser usados para mediciones de flujo. La propagación de señales entre transductores que es perpendicular al flujo medio, en general, no es útil para capturar componentes de la velocidad del flujo, pero puede ser usada para determinar contaminaciones y cambios de material del conducto y cambios en las propiedades de los transductores y su acoplamiento al conducto.

Una medición de flujo por TOF comprende una medición en ambas direcciones con respecto a un canal de transmisión dado entre dos de los transductores. Una medición de flujo por TOF que implica canales de transmisión entre un primer transductor y otros N-1 transductores requiere al menos N mediciones consecutivas: una primera medición con una señal de medición aplicada al primer transductor y N-1 mediciones consecutivas con señales de medición aplicadas cada una de los otros N-1 transductores.

En general, las señales de medición requeridas son diferentes para cada canal de transmisión y se necesitan mediciones separadas de ida y de vuelta para cada canal de transmisión. Así, se requieren 2 x (N-1) mediciones. Por ejemplo, en el ejemplo de la Figura 57 es posible, pero no se requiere necesariamente, un máximo de 2 x (3-1) = 4 mediciones.

Las señales de las Figuras 41 y 55 son producidos por transductores, que irradian principalmente en una dirección preferida, con un ángulo máximo de aproximadamente 12 grados a ambos lados de la dirección preferida. Se logra la direccionalidad de los transductores, Ínter alia, ajustando la forma de los transductores y su fijación al conducto. Dependiendo del ángulo entre los transductores, no todos los trayectorias pueden producir una señal suficientemente intensa en el lado del receptor, especialmente si el emisor tiene una alta direccionalidad. Aplicar las técnicas conocidas comunes solo se pueden lograr los resultados mostrados en la Figura 53 y la Figura 54, que son normalmente demasiado ruidosos para establecer mediciones de flujo. Sin embargo, con el método propuesto que usa señales de medición invertidas, pueden lograrse señales suficientemente buenas, como las mostradas en la Figura 55.

El uso de una señal de medición según la aplicación, que usa una reversión con respecto al tiempo hace posible proporcionar transductores con menor direccionalidad. La señal de medición concentra la energía de la señal en el receptor, y la señal recibida sigue siendo lo suficientemente intensa.

De forma similar a una medición que usa solamente dos transductores o solamente un canal de transmisión, la medición de flujo se puede llevar a cabo usando una señal de medición predeterminada o una señal que es obtenida por una calibración previa. Durante la etapa de calibración, las señales de medición se derivan a partir de señales de respuesta a las señales de impulsos. Según un ejemplo, se aplica una señal de impulsos a un transductor para obtener una o más señales de respuesta en los otros transductores. Las señales de medición se derivan aplicando una inversión con respecto al tiempo a las señales de respuesta o a una porción de las mismas.

En un ejemplo, en el cual hay cuatro trayectorias de medición, se toman mediciones consecutivas a lo largo de la primera trayectoria, de la segunda trayectoria, de la tercera trayectoria y de la cuarta trayectoria. Las mediciones consecutivas se usan para derivar un flujo total y/o flujos en una capa o posición predeterminada.

Pueden derivarse una o más velocidades de flujo comparando las mediciones con un perfil de flujo predeterminado. A título de ejemplo, puede obtenerse el perfil de flujo predeterminado mediante una simulación. En otra realización, se estima una velocidad de flujo para una capa o posición específica usando resultados de una o más señales de medición y métodos conocidos para calcular el perfil de flujo. En una realización, se deduce un flujo total de volumen aplicando un perfil de flujo calculado o simulado a un área del conducto se sección transversal.

Las Figuras 56 y 57 ilustran una medición de flujo por tiempo de vuelo usando tres y dos trayectorias de transmisión.

Las Figuras 58 y 59 muestran una medición de presión en una disposición de dos transductores. La escala de presiones de la Figura 59 está representada en unidades arbitrarias (u.a.).

Se aplica al primer transductor 11 una señal de medición según la presente solicitud y la distribución de presión resultante se mide en la periferia del conducto 12. Los transductores 11, 13 están desplazados en la dirección longitudinal, de forma similar a la disposición de la Figura 1.

En un primer ejemplo, se envía del transductor 11 al transductor opuesto 13 una señal de medición que está adaptada a la trayectoria de señal entre el transductor 11 y el transductor 13, y se mide la distribución de presión resultante. Esto produce una curva similar a la distribución 90 de presión de la Figura 59, que tiene un máximo en la posición del transductor 13.

En un segundo ejemplo, se envía del transductor 11 al transductor 13' una señal de medición que está adaptada a la trayectoria de señal entre el transductor 11 y el transductor 13, y se mide la distribución de presión resultante. A diferencia de la primera disposición, el transductor 13' está desplazado un ángulo de 45 grados con respecto a una línea de conexión a través del primer transductor y el centro del conducto 12. Incluso en esta situación, la distribución de presión resultante alcanza su máximo en torno a la posición del transductor 13' y, en consecuencia, la energía de la señal se concentra en torno a la posición del transductor 13'.

Así, una señal de medición según la presente solicitud, que se obtiene usando una inversión con respecto al tiempo de una señal entre los respectivos transductores, lleva a una señal de presión que no solo está concentrada en el tiempo, como se muestra en la respectiva segunda figura de los conjuntos de Figuras 10 - 35, sino que la distribución de presión resultante también está concentrada en el espacio.

Usando una señal estándar, tal como una señal de impulsos, puede lograrse aún una concentración en el espacio, pero solo en una ubicación fija cerca del lado opuesto del transductor emisor. Sin embargo, usando una señal según la presente memoria descriptiva, que comprende una porción invertida, puede moverse el pico de la concentración de presión.

Los transductores ultrasónicos 11, 13, 23 de las Figuras 56 - 59 pueden ser proporcionados por transductores montados que estén montados en el exterior del conducto, o por transductores húmedos, que sobresalen al interior del conducto 12 desde el exterior del conducto 12.

La Figura 60 muestra un ejemplo de determinación de si un dispositivo de prueba usa el mismo método de medición del flujo que un dispositivo de verificación. En una primera etapa, el dispositivo de verificación selecciona una señal de impulsos de prueba. Por ejemplo, esto puede comprender la selección de una forma de señal para llevar a cabo una modulación en amplitud de una onda sinusoidal partiendo de un conjunto de formas de señales almacenadas, tales como una forma rectangular, una forma sinusoidal, una forma en diente de sierra, etc.

En una etapa adicional, la señal de impulsos de prueba es aplicada a un primer transductor. En una etapa adicional, se recibe en el segundo transductor una correspondiente señal de respuesta de prueba. En etapas adicionales, se invierte la señal de respuesta de prueba, o una porción de la misma y se deriva una señal de medición de prueba. Los transductores a los que está conectado el dispositivo de verificación son, preferiblemente, los transductores del dispositivo de prueba.

En una etapa adicional, la señal de medición de prueba se compara con la señal de medición real del dispositivo de prueba. Si la señal de medición de prueba es similar a la señal de medición del dispositivo de prueba, se decide que el dispositivo de prueba usa el mismo método que el dispositivo de verificación. Alternativamente, o además, el dispositivo de verificación puede aplicar la señal de medición de prueba a un transductor, recibir una correspondiente señal de respuesta de prueba y comparar esta señal de respuesta de prueba con la señal de respuesta a la señal de medición del dispositivo de prueba.

El dispositivo de verificación puede recibir o medir las señales del dispositivo de prueba como señales eléctricas bifurcando una conexión cableada del dispositivo de prueba a los transductores o, alternativamente, las señales pueden ser medidas colocando un micrófono en el conducto y recibiendo una señal del micrófono.

Si las señales no son similares, se repite el mismo proceso con señales de impulsos de prueba disponibles adicionales para ver si una de las señales de impulsos de prueba conduce a una señal de medición de prueba y/o a una señal de respuesta a ella que se asemeje a la señal de medición y/o a la señal de respuesta a ella. En caso de que haya disponible una señal de impulsos del dispositivo de prueba, el dispositivo de verificación puede elegir la señal de impulsos disponible o una señal de impulsos similar en lugar de comprobar diversas señales de impulsos de prueba, o puede estrechar la selección de señales de impulsos de prueba.

Para un dispositivo de prueba que use varias trayectorias de señal y/o combinaciones de pares de transductores emisores y receptores para la medición de flujo, el dispositivo de verificación repite el método de la Figura 60 para las múltiples trayectorias de señal y/o para las múltiples combinaciones de transductores y se comparan las respectivas señales de medición y/o las señales de respuesta a las señales de medición.

Aunque la anterior descripción contiene mucha especificidad, no debe interpretarse que esta limite el alcance de las realizaciones, sino que meramente proporciona una ilustración de las realizaciones previsibles. Las etapas de procedimiento pueden llevarse a cabo en un orden diferente del proporcionado en las realizaciones, y la subdivisión del dispositivo de medición en unidades de procesamiento y sus respectivas interconexiones pueden ser diferentes de las de las realizaciones proporcionadas.

Especialmente, no debe interpretarse que las ventajas anteriormente mencionadas de las realizaciones limiten el alcance de las realizaciones, sino que meramente explican posibles logros si las realizaciones descritas son puestas en práctica. Por ello, el alcance de la invención debería determinarse por las reivindicaciones, no por los ejemplos dados.

Referencia

10 disposición de caudalímetro

11 elemento piezoeléctrico aguas arriba 12 tubería

13 elemento piezoeléctrico aguas abajo 14 dirección del flujo medio

15 primera unidad de cálculo

16 segunda unidad de cálculo

17 trayectoria de señal

20 trayectoria de señal

22 elemento piezoeléctrico

23 elemento piezoeléctrico

31 - 52 elementos piezoeléctricos

60, 60' dispositivo de medición de flujo 61 primer conector

62 segundo conector

63 multiplexor

64 DAC

65 ADC

66 desmultiplexor

67 unidad de selección de señales 68 unidad de inversión de señales 69 filtro de paso de banda

70 memoria

71 unidad de cálculo de la velocidad 72 generador de señales de impulsos 73 generador de señales de medición 74 línea de órdenes

75 línea de órdenes

76 DDS

77 oscilador de referencia

78 registro controlador de frecuencia 79 oscilador controlado numéricamente 80 filtro de paso bajo

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para determinar una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido con un caudalímetro de tiempo de recorrido que comprende:

- dotar al conducto de fluido de un fluido que tiene una velocidad predeterminada con respecto al conducto de fluido,

- dotar al conducto de fluido de un primer transductor ultrasónico, un segundo transductor ultrasónico y un tercer transductor ultrasónico, extendiéndose respectivas líneas de conexión entre el primer transductor ultrasónico, el segundo transductor ultrasónico y el tercer transductor ultrasónico fuera del eje de simetría del conducto de fluido, estando desplazados el primer transductor ultrasónico y el tercer transductor ultrasónico con respecto al segundo transductor ultrasónico en la dirección longitudinal del conducto de fluido, - aplicar una primera señal de medición al primer transductor ultrasónico, y

- medir una primera señal de respuesta de la primera señal de medición en el segundo transductor ultrasónico, - aplicar una segunda señal de medición al primer transductor ultrasónico,

- medir una segunda señal de respuesta de la segunda señal de medición en el tercer transductor ultrasónico,

caracterizado por que

la primera señal de medición y la segunda señal de medición comprenden, respectivamente, una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una señal de impulsos que es enviada entre el mismo par de transductores que la correspondiente señal de medición, de una señal derivada de la misma,

- deducir el tiempo de vuelo de al menos una de la primera señal de respuesta y la segunda señal de respuesta, - deducir una velocidad de flujo del fluido a partir del tiempo de vuelo.

2. El método según la reivindicación 1 que comprende

- aplicar una primera señal de medición de dirección inversa al segundo transductor ultrasónico, y

- medir una primera señal de respuesta de dirección inversa de la primera señal de medición de dirección inversa en el primer transductor ultrasónico,

- aplicar una segunda señal de medición de dirección inversa al tercer transductor ultrasónico,

- medir una segunda señal de respuesta de dirección inversa de la segunda señal de medición de dirección inversa en el primer transductor ultrasónico,

comprendiendo la primera señal de medición de dirección inversa y la segunda señal de medición de dirección inversa, respectivamente, una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma,

- deducir una velocidad de flujo del fluido de al menos una de la primera señal de respuesta, la primera señal de respuesta de dirección inversa, la segunda señal de respuesta y la segunda señal de respuesta de dirección inversa.

3. El método según la reivindicación 1 que comprende

- aplicar una tercera señal de medición al segundo transductor ultrasónico,

- medir una tercera señal de respuesta de la segunda señal de medición en el tercer transductor ultrasónico, comprendiendo la tercera señal de medición una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma, - deducir al menos una velocidad de flujo del fluido a partir de la tercera señal de respuesta.

4. El método según la reivindicación 3 que comprende

- aplicar una tercera señal de medición de dirección inversa al tercer transductor ultrasónico,

- medir una tercera señal de respuesta de dirección inversa de la tercera señal de medición de dirección inversa en el segundo transductor ultrasónico,

comprendiendo la tercera señal de medición de dirección inversa una porción de señal invertida con respecto al tiempo de una señal de respuesta de una correspondiente señal de impulsos o de una señal derivada de la misma

- deducir al menos una velocidad de flujo del fluido a partir de la tercera señal de respuesta y de la tercera señal de respuesta de dirección inversa.

5. El método según la reivindicación 1 en donde la porción de señal que se usa para derivar las respectivas señales de medición comprende una primera porción en torno a una amplitud máxima de una señal de respuesta y una porción posterior de señal, extendiéndose la porción posterior de señal en el tiempo tras el tiempo de llegada de la máxima amplitud.

6. El método según la reivindicación 1 que comprende el procesamiento de al menos una de las señales de respuesta para determinar un cambio en el grosor de pared del conducto o para determinar características del material de las paredes del conducto determinando características de las ondas de sonido longitudinal y transversal.

7. El método según la reivindicación 1 que comprende

- dotar al conducto de fluido de un fluido,

- dotar de una primera señal de impulsos a uno de los transductores ultrasónicos primero o segundo, - recibir una primera señal de respuesta de la primera señal de impulsos en el otro de los transductores ultrasónicos primero o segundo,

- dotar de una segunda señal de impulsos a uno de los transductores ultrasónicos primero o tercero, - recibir una segunda señal de respuesta de la segunda señal de impulsos en el otro de los transductores ultrasónicos primero o tercero,

- derivar la primera señal de medición a partir de la primera señal de respuesta,

- derivar la segunda señal de medición a partir de la segunda señal de respuesta,

comprendiendo la derivación de las respectivas señales de medición primera y segunda la selección de una porción de señal de las respectivas señales de respuesta primera y segunda o de una señal derivada de la misma y la inversión de la porción de señal con respecto al tiempo,

- almacenar la primera señal de medición y la segunda señal de medición para su uso posterior.

8. El método según la reivindicación 7 que comprende

- repetir múltiples veces las etapas de aplicación de una señal de impulsos y de recepción de una correspondiente señal de respuesta, obteniendo con ello múltiples señales de respuesta,

- derivar la respectiva señal de medición a partir de la media de las señales de respuesta recibidas.

9. El método según la reivindicación 8

en donde la derivación de la respectiva señal de medición comprende la digitalización de la correspondiente señal de respuesta o de una señal derivada de la misma con respecto a la amplitud.

10. El método según la reivindicación 9 que comprende el aumento de la resolución de bits de la señal digitalizada para aumentar la amplitud de una señal de respuesta a la respectiva señal de medición.

11. El método según la reivindicación 9 que comprende la disminución de la resolución de bits de la señal digitalizada para aumentar la amplitud de una señal de respuesta a la respectiva señal de medición.

12. El método según la reivindicación 9 en donde la resolución de bits de la señal digitalizada es una resolución de bits baja.

13. Un código de programa legible por ordenador que comprende instrucciones legibles por ordenador para ejecutar el método según la reivindicación 1.

14. Una memoria legible por ordenador, comprendiendo la memoria legible por ordenador el código de programa legible por ordenador de la reivindicación 13.

15. Un componente electrónico para aplicaciones específicas que es operable para ejecutar el método según la reivindicación 1.

16. Un dispositivo para medir una velocidad de flujo de un fluido en un conducto con un caudalímetro ultrasónico de tiempo de recorrido que comprende

- un primer conector para conectar un primer elemento ultrasónico,

- un segundo conector para conectar un segundo elemento ultrasónico,

- un tercer conector para conectar un tercer elemento ultrasónico,

- una unidad transmisora para enviar señales de impulsos y para enviar señales de medición,

- una unidad receptora para recibir señales de respuesta,

caracterizándose por que, además, comprende:

- una unidad de procesamiento para derivar una primera señal de medición a partir de una primera señal invertida, para derivar una segunda señal de medición a partir de una segunda señal invertida y para almacenar la primera señal de medición y la segunda señal de medición,

en donde la derivación de la primera señal invertida y de la segunda señal invertida comprende invertir una porción de señal de una señal de respuesta de una señal de impulsos que es enviada entre el mismo par de transductores como señal de medición, o de una señal derivada de la misma con respecto al tiempo, y en donde la unidad de procesamiento, la unidad transmisora y la unidad receptora son operativas para aplicar la primera señal de medición al primer conector, y

recibir una primera señal de respuesta de la primera señal de medición en el segundo conector,

para aplicar una segunda señal de medición al primer conector, para recibir una segunda señal de respuesta de la segunda señal de medición en el tercer conector,

para el tiempo de vuelo de al menos una de la primera señal de respuesta y la segunda señal de respuesta, y para deducir una velocidad de flujo del fluido a partir del tiempo de vuelo.

17. Un método para determinar si un dispositivo de prueba está midiendo una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido con un caudalímetro de tiempo de recorrido según la reivindicación 1, comprendiendo el método:

- dotar al conducto de fluido de un primer transductor ultrasónico y un segundo transductor ultrasónico, - aplicar una primera señal de impulsos de prueba al primer transductor ultrasónico del dispositivo de prueba, - recibir una primera señal de respuesta de prueba de la primera señal de impulsos de prueba en el segundo transductor ultrasónico del dispositivo de prueba,

- derivar una primera señal de medición de prueba a partir de la primera señal de respuesta de prueba, comprendiendo la derivación de la primera señal de medición de prueba la inversión de la primera señal de respuesta de prueba, o de una porción de la misma, con respecto al tiempo,

- comparar la primera señal de medición de prueba con una primera señal de medición que se emite en un transductor del dispositivo de prueba,

en donde se determina que el dispositivo de prueba está usando un método para determinar una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido según la reivindicación 1 si la primera señal de medición de prueba y la primera señal de medición son similares.

18. El método según la reivindicación 17 que comprende

- dotar al conducto de fluido de un tercer transductor ultrasónico,

- aplicar una señal de impulsos de prueba al primer transductor ultrasónico del dispositivo de prueba o al segundo transductor ultrasónico del dispositivo de prueba,

- recibir una segunda señal de respuesta de prueba de la señal de impulsos de prueba en el tercer transductor ultrasónico del dispositivo de prueba,

- derivar una segunda señal de medición de prueba a partir de la segunda señal de respuesta de prueba, - comparar la segunda señal de medición de prueba con una segunda señal de medición que se emite en un transductor del dispositivo de prueba, en donde se determina que el dispositivo de prueba está usando un método para determinar una velocidad de flujo de un fluido en un conducto de fluido según la reivindicación 1 si la primera señal de medición de prueba y la primera señal de medición son similares.