AUTOMATION, ІОТ, ROBOTICS AND INFORMATION-MEASUREMENT SYSTEMS

Methodology for Development and Research of Gas Consumption Information and Measurement Systems

Authors

Yo. Yo. Bilynskyi ORCID 0000-0002-9659-7221
Vinnytsia National Technical University ROR
A. А. Stetsenko ORCID 0009-0004-2967-8867
Vinnytsia National Technical University ROR
DOI https://doi.org/10.31649/1997-9266-2026-187-4-204-210

Keywords

ultrasonic flowmeter information and measurement system iterative methodology CFD simulation artificial intelligence error correction gas flow

Abstract

The object of the study is the design process of ultrasonic information-measuring systems for determining gas flow rate and the ways to improve measurement accuracy under real operating conditions, which may be characterized by flow turbulence, geometric constraints of pipelines, and contamination of measuring channels. An iterative design methodology is proposed, which combines theoretical analysis of the problem, CFD modeling, device design development, experimental research, and artificial intelligence methods within a closed cycle “model – algorithm – hardware implementation – experiment – correction.” Artificial intelligence plays a significant role in the design process. The application of CFD modeling and intelligent data processing methods makes it possible to optimize the flowmeter design and significantly reduce the design time. The methodology is additionally enriched with local feedback loops, ensuring adaptability and correction at each stage of the design process. The use of such an iterative design model for ultrasonic flowmeters is possible with the availability of specialized equipment and software, which should include: an environment for numerical modeling of gas flows, a 3D printer, embedded computer systems for digital data processing, and test benches for studying the operation of measuring instruments. The application of the proposed methodology made it possible to: develop a flow-stabilizing device for the multi-beam ultrasonic gas meter GFA202 DN50, which allowed combining compact design with high accuracy typical of larger-size meters that meet class 0.5 requirements, although the meter itself belongs to accuracy class 1; create a new design of a four-channel flowmeter with equal signal paths, whose average measurement error does not exceed 0.8 % over a wide flow range, whereas the classical four-channel ultrasonic flowmeter has an error up to 1.3 %; propose a method for correcting gas flow measurement results based on the use of calibration data during calibration and verification of ultrasonic flowmeters. The implementation of the proposed solutions reduced the influence of hydrodynamic disturbances and structural factors on measurement results and improved the accuracy of the flowmeter. The obtained results can be applied in industrial gas transportation systems, particularly under conditions of limited lengths of straight pipeline sections and variable flow modes.

8 0

How to Cite

[1]
“Methodology for Development and Research of Gas Consumption Information and Measurement Systems”, Вісник ВПІ, no. 4, pp. 204–210, Oct. 2026, doi: 10.31649/1997-9266-2026-187-4-204-210.

Author Biographies

Yo. Yo. Bilynskyi, Vinnytsia National Technical University

Dr Sc. (Eng.), Professor, Professor of the Chair of General Physics

A. А. Stetsenko, Vinnytsia National Technical University

Doctoral Candidate of the Chair of General Physics,

References

[1] A. A. Stetsenko, and Y. Y. Bilynskyi, “Overview of Current Trends in the Development of Ultrasonic Gas Flow Meters. Challenges and Prospects for Replacing Rotary and Turbine Gas Meters,” in XXIV IMEKO World Congress “Think Metrology”, Hamburg, Germany, Aug. 26–29, 2024, 4 p. [Electronic resource]. Available: https://conferences.imeko.org/event/9/contributions/379/attachments/245/ , https://ir.lib.vntu.edu.ua/handle/123456789/49830 (ir.lib.vntu.edu.ua in Bing) .
[2] Й. Й. Білинський, і А. А. Стеценко, «Аналіз похибок ультразвукового витратоміра,» Матеріали LIV Всеукраїнської науково-технічної конференції підрозділів Вінницького національного технічного університету, (НТКП ВНТУ–2025), зб. доп. Вінниця, ВНТУ, 2025 [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://ir.lib.vntu.edu.ua/bitstream/123456789/49902/1/186890.pdf (ir.lib.vntu.edu.ua in Bing) .
[3] ISO/IEC Guide 98-3:2008. Uncertainty of measurement, Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM). [Electronic resource]. Available: https://www.iso.org/standard/50461.html#lifecycle .
[4] Закон України «Про метрологію та метрологічну діяльність», № 1314-VII, 5 черв. 2014. [Electronic resource]. Available: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1314-18#Text .
[5] Закон України «Про ринок природного газу», № 329-VIII, 9 квіт. 2015. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/329-19#Text .
[6] Кодекс газорозподільних систем, затв. постановою НКРЕКП №2494, 30 вер. 2015. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z1379-15#Text .
[7] Технічний регламент засобів вимірювальної техніки, постанова КМУ №163, 24 лют. 2016. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/163-2016-%D0%BF#Text .
[8] ISO 17089 Ultrasonic Gas Flowmeters, Measurement of fluid flow in closed conduits — Ultrasonic meters for gas, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 2010. [Electronic resource]. Available: https://www.iso.org/standard/41235.html .
[9] OIML R 137 Gas Meters, Gas meters, International Organization of Legal Metrology, Paris, France, 2012. [Electronic resource]. Available: https://www.oiml.org/en/files/pdf_r/r137-1-2-e12.pdf .
[10] AGA Report No. 9 Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic Meters, American Gas Association, Washington, DC, USA, 2007. Copyright © 1998,2003 American Gas Association All Rights ReserVed. [Electronic resource]. Available: https://www.scribd.com/document/751776600/Aga-Report-9 .
[11] ISO 5167 Measurement of Fluid Flow by Means of Pressure Differential Devices, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 2003. [Electronic resource]. Available: https://www.iso.org/standard/28064.html .
[12] В. С. Єременко, В. П. Бабак, та ін., Теоретичні основи інформаційно-вимірювальних систем, підруч., Ред. В. П. Бабак. Київ, Україна: Ун-т новітніх технологій НАУ, 2017, 496 с. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://ela.kpi.ua/items/1d652598-131a-4b44-b3e2-38c8b5582436 .
[13] Л. В. Передерій, «Системний підхід до захисту інформації в автоматизованих системах,» Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія, № 2, с. 56-61, 2012. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://nvd.luguniv.edu.ua/archiv/NN6/08plvpis.pdf .
[14] J. Wang, Y. Zhao, and X. Li, “The development of ultrasonic flowmeter sensors for mass flow rate measurement: A comprehensive review,” Flow Measurement and Instrumentation, vol. 97, no. 102614, 2024. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2024.102614 .
[15] L. Kong, L. Zhang, H. Guo, N. Zhao, and X. Xu, “Time delay study of ultrasonic gas flowmeters based on VMD–Hilbert spectrum and cross-correlation,” Sensors, vol. 24, no. 5, 2024, Art. no. 1462. https://doi.org/10.3390/s24051462 .
[16] L. Sun, K. Zhang, and C. Jiang, “Research and application of ultrasonic gas flow meter performance on-line audit,” in Proc. 19 th International Flow Measurement Conference (FLOMEKO), Chongqing, China, 2022. [Electronic resource]. Available: https://www.proceedings.com/content/068/068697webtoc.pdf .
[17] J. Chen, K. Zhang, L. Wang, M. Yang, “Design of a High Precision Ultrasonic Gas Flowmeter,” Sensors, 2020. https://doi.org/10.3390/s20030714 .
[18] M. Billet, “Signal processing techniques for ultrasonic gas flow measurement,” Measurement, 2020. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108123 .
[19] A. Dudzinski, “Integration of ultrasonic flow meters into smart metering systems,” Sensors, 2021. https://doi.org/10.3390/s21072345 .
[20] IEEE Xplore, Design of an Ultrasonic Gas Flow Measurement Circuit Based on the Time-Difference Method, 2020. https://doi.org/1109/ICEMI.2007.4350505 .
[21] В. І. Роман, М. І. Бугайчук, i Я. С. Острей, «Методологія застосування штучних нейронних мереж для підвищення точності ультразвукових витратомірів,» Автоматика та інформаційно-вимірювальна техніка. Наукові праці ВНТУ, № 2, 2025. https://doi.org/10.31649/2307-5376-2025-2-1-10 .
[22] A. Stetsenko, “Increasing the accuracy of the ultrasonic gas flow information and measurement system by modifying GFA DN50 ultrasonic gas meters, developed using artificial intelligence tools,” Ukrainian Metrological Journal, № 1, рр.42-46, 2026. ISSN (Online) 2522-1345. https://doi.org/10.24027/2306-7039.1.2026.355694 .
[23] Й. Й. Білинський, і А. А. Стеценко, «Ультразвуковий витратомір з рівними сигнальними шляхами», МПК G01F 1/00, заявка № u202600090, дата подання: 06.01.2026, Україна.
[24] Y. Y. Bilynskyi, and A. A. Stetsenko, “Development and investigetion of a fourchannel ultrasonic flowmeter with equal signal paths,” Polish Journal of Science, № 98, pр. 73-77, 2026. ISSN 3353-2389. https://doi.org/10.5281/zenodo.20276780 .
[25] Й. Й. Білинський, і А. А. Стеценко, «Підвищення точності вимірювання витрати природного газу в умовах забруднення струмовипрямляча підготовки потоку,» Відбір і обробка інформації, № 53 (129), с. 31-38, 2025. https://doi.org/10.15407/vidbir2025.53.031 .
[26] Й. Й. Білинський, і А. А. Стеценко, «Розробка методики підвищення точності багатоканального ультразвукового витратоміра,» Матеріали XVIII Міжнародної науково-практичної конференції «Інформаційні технології і автоматизація – 2025», Одеса, 30-31 жовтня 2025. с. 378, 379. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://ir.lib.vntu.edu.ua/handle/123456789/49950/ .

Most read articles by the same author(s)