Miter tal-fluss ultrasoniku tal-gass jirreferi għal miter tal-fluss li huwa installat fuq pipeline b'gass li jnixxi u jkejjel il-fluss tal-gass permezz tal-prinċipju ultrasoniku. Miter tal-fluss ultrasoniku tal-gass b'passaġġ wieħed- jirreferi għal apparat mgħammar b'passaġġ akustiku wieħed biss, filwaqt li miter tal-fluss ultrasoniku tal-gass b'żewġ passaġġi akustiċi jew aktar jissejjaħ miter tal-fluss ultrasoniku tal-gass b'ħafna-mogħdijiet.
Kif jaħdem miter tal-fluss ultrasoniku? Il-prinċipju bażiku għall-kejl tal-veloċità tal-fluss b'miter tal-fluss ultrasoniku tal-gass huwa li tikkalkula l-veloċità tal-fluss, ir-rata tal-fluss, id-densità u parametri oħra tal-fluwidu tal-gass billi tkejjel il-ħin tal-propagazzjoni tal-mewġ ultrasoniku fil-medju gassuż. Dan il-kapitolu prinċipalment janalizza l-prinċipju operattiv tal-kejl tal-fluss ultrasoniku tal-ħin tat-transitu-u l-fatturi li jaffettwaw il-kejl tal-fluss, u jwettaq studji ta 'simulazzjoni dwar kif tittejjeb l-eżattezza tal-kejl tal-fluss-, sabiex tagħmel tħejjijiet għall-istudju ta' metodi ta 'kejl tal-fluss ultrasoniku tal-gass b'ħafna-mogħdija- u mmudellar tal-mekkaniżmu.
Analiżi tal-Prinċipju Operattiv tal-Kejl tal-Fluss tal-Gass Ultrasoniku tat-Tranżitu-Ħin
Il-metodu ta' kejl tal-fluss tal-gass ultrasoniku-ħin ta' transitu-huwa metodu ta' kejl tal-fluss tal-gass-li fih, fuq l-istess tul tal-passaġġ tal-gass, id-differenza fil--ħin tal-propagazzjoni bejn żewġ sinjali ultrasoniċi li jivvjaġġaw 'l isfel u 'l fuq tintuża biex tiddetermina l-veloċità medja tal-fluss tal-gass tul il-mogħdija akustika. Meta l-mewġ ultrasoniku jinfirex f'mezz ta 'gass li jnixxi, il-veloċità tal-propagazzjoni tagħhom tvarja bil-veloċità tal-fluss tal-gass.
B'mod aktar speċifiku, il-veloċità tal-propagazzjoni tal-mewġ ultrasoniku tinbidel fl-istess direzzjoni bħall-veloċità tal-fluss tal-gass: meta tiżdied il-veloċità tal-fluss tal-gass, il-veloċità tal-mewġ ultrasoniku li tippropaga fl-istess direzzjoni tiżdied ukoll kif xieraq; bil-maqlub, jekk il-veloċità tal-fluss tal-gass tiżdied filwaqt li tkun opposta għad-direzzjoni tal-propagazzjoni ultrasonika, il-veloċità ultrasonika tonqos kif xieraq.
Struttura Bażika ta' Pajp Ultrasoniku-Sensor tal-Fluss
Kif muri fil-Figura . 2.1, żewġ transducers ultrasoniċi kapaċi kemm jittrasmettu kif ukoll jirċievu impulsi ultrasoniċi (imsejħa sondi jew transducers) huma inkorporati fuq naħa waħda jew fuq iż-żewġ naħat tal-pipeline. Il-mogħdija attwali tas-sinjal ultrasoniku bejn it-transducers li jittrasmettu u li jirċievu tissejjaħ il-mogħdija akustika; għalhekk, par ta 'transducers jifforma mogħdija akustika waħda. Membrana li tittrażmetti l-ħoss-jew sezzjoni tal-ħajt tal-gwida tal-mewġ akustiku hija rranġata bejn it-transducers u l-medju fluwidu. F'miter tal-fluss ultrasoniku ta' passaġġ wieħed-, il-linja tal-gwida tal-mewġ bejn iż-żewġ transducers ultrasoniċi taqsam l-assi tal-istrument.
Fig. 2.1 Dijagramma skematika tal-prinċipju tal-kejl tal-fluss ultrasoniku tal--ħin tat-transitu
Kif muri fil-Fig. 2.1, id-dijametru tal-pajp huwa D. Id-distanza tal-linja dritta-bejn l-uċuħ tat-tarf tat-transducers A u B inkorporati fuq iż-żewġ naħat tal-pipeline hija t-tul tal-passaġġ akustiku-L (imsejjaħ ukoll id-distanza akustika L), u r-relazzjoni tagħha mad-dijametru D hija
Fig. 2.1 Relazzjoni ġeometrika bejn it-tul-akustiku tal-passaġġ u d-dijametru tal-pajp-ħin tat-transitu miter tal-fluss ultrasoniku
fejn φ huwa l-angolu tal-inklinazzjoni tal-mogħdija akustika, jiġifieri l-angolu bejn il-mogħdija akustika u l-assi tal-pajp. L-angolu tal-inklinazzjoni tal-mogħdija akustika huwa wkoll l-angolu inċidentali tal-mewġ ultrasoniku. L-angolu inċidentali φ huwa affettwat mill-veloċità tal-ħoss fil-fluwidu, kif ukoll mill-veloċità tal-ħoss fil-feles u fil-materjal tal-ħajt tal-pajp-.
B'mod ġenerali, il-varjazzjoni tal-veloċità tal-ħoss bit-temperatura f'materjali solidi hija iżgħar minn dik f'materjali gassużi. Meta l-varjazzjoni fit-temperatura ma tkunx kbira, l-influwenza tal-materjali tal-feles u tal-pajp-tal-ħajt fuq l-eżattezza tal-kejl tista 'tiġi traskurata; madankollu, meta l-firxa tal-varjazzjoni tat-temperatura tkun kbira, il-bidla kbira fil-veloċità tal-ħoss fil-materjali tal-ħitan tal-feles u tal-pajp- għandha tiġi kkoreġuta.
Għal transducer b'angolu inċidentali ta '30 grad, il-koeffiċjent ta' trasmissjoni huwa relattivament għoli, it-telf ta 'enerġija huwa żgħir, u l-vultaġġ ta' eċċitazzjoni meħtieġ huwa baxx. Tali transducer huwa adattat għal miters tal-fluss ultrasoniku li jinżammu fl-idejn li mhumiex konvenjenti għall-użu ta 'provvista ta' enerġija AC. Transducer b'angolu inċidentali ta '45 grad għandu koeffiċjent ta' trażmissjoni relattivament baxx iżda jista 'jadotta ċippa transducer akbar u vultaġġ ogħla ta' eċċitazzjoni, u għalhekk huwa adattat għal flowmeters ultrasoniku fissi jew dawk li jistgħu jużaw provvista ta 'enerġija AC.
Prinċipju Operattiv tal-Kejl tal-Fluss tal-Gass Ultrasoniku tal-Ħin ta' Transitu
It-teknoloġija tal-kejl tal-fluss tal-gass ultrasoniku tal--ħin tat-transitu-tiddetermina l-veloċità tal-fluss medja axjali Vz fuq il-pjan iffurmat mill-mogħdija akustika u l-assi, billi tkejjel id-differenza fil-ħin bejn il-mewġ ultrasoniku li jippropaga 'l isfel u 'l fuq fil-medju gassuż. Il-ħinijiet tat-tranżitu tal-mewġ ultrasoniku jvarjaw fid-direzzjonijiet downstream u upstream. Il-ħin tat-transitu downstream huwa:
Fig. 2.2 Ekwazzjoni tal-ħin tat-transitu ultrasoniku downstream-
u l-ħin tat-transitu upstream huwa
Fig. 2.3 Ekwazzjoni tal-ħin tat-transitu ultrasoniku upstream-
fejn C hija l-veloċità tal-ħoss tal-mewġ ultrasoniku fil-fluwidu mkejjel stazzjonarju, jiġifieri l-veloċità tal-ħoss; Vz hija l-veloċità medja tal-fluss tal-fluwidu fid-direzzjoni assjali fuq il-pjan iffurmat mill-mogħdija ultrasonika u l-assi tal-pajp, imsejħa wkoll il-mogħdija-veloċità medja.
Meta l-influwenza tal-varjazzjoni tal-veloċità tal-ħoss-minħabba l-ambjent tal-pajp intern ma titqiesx, l-espressjoni għall-veloċità medja tal-passaġġ-hija
Fig. 2.4 Espressjoni għall-mogħdija-veloċità assjali medja
Billi tkejjel il-ħin ta' transitu downstream tD u l-ħin ta' transitu upstream tU tal-mewġ ultrasoniku, id-differenza fil-ħin bejn il-propagazzjoni upstream u downstream tinkiseb bħala
Fig. 2.5 Definizzjoni tad-differenza fil-ħin tat-transitu upstream–downstream-
Bl-użu tal-metodu tal-ħin ta' transitu-, tista' tinkiseb il-veloċità medja tal-passaġġ- ta' mogħdija akustika waħda. Ibbażat fuq il-veloċitajiet medji ta 'mogħdijiet akustiċi differenti, u bl-użu ta' algoritmi adattati, tista 'tiġi kkalkulata l-veloċità medja perpendikolari għas-sezzjoni trasversali kollha-, li tissejjaħ il-volum-veloċità medja V.
Il-metodu ta' kif titkejjel il-veloċità medja tal-fluwidu tal-pipeline (volum) V billi titkejjel id-differenza fil-ħin ta' transitu-bejn il-propagazzjoni ultrasonika upstream u downstream jissejjaħ il-metodu ta' kejl tal-fluss ultrasoniku ta' transitu-ħin-. Miter tal-fluss li jkejjel il-fluss tal-fluwidu tal-pipeline bl-użu tal-metodu ultrasoniku ta' transit-ħin huwa msejjaħ flowmeter ultrasoniku ta' transit-ħin.
Ir-relazzjoni bejn il-mogħdija-veloċità medja fuq il-mogħdija akustika ta' miter tal-fluss ultrasoniku ta' transit-ħin u l-volum-veloċità medja fil-pipeline hija
Fig. 2.6 Definizzjoni tal-fluss-fattur ta' korrezzjoni tal-veloċità
fejn K jissejjaħ il-fattur ta' korrezzjoni tal-fluss-veloċita'. Il-fattur ta' korrezzjoni tal-fluss-veloċita huwa derivat mill-mudell matematiku tal-profil tad-distribuzzjoni tal-veloċità fis-sezzjoni tal-kejl tal-miter tal-fluss. Skont ir-reġim tal-fluss tal-gass fil-pipeline, jista 'jinkiseb il-fattur ta' korrezzjoni tal-fluss-. Għalhekk, mill-ekwazzjonijiet (2.4) u (2.6), il-veloċità medja tal-gass fil-pipeline hija
Fig. 2.7 Relazzjoni bejn pajp-veloċità medja u mogħdija-veloċità medja
Ir-rata tal-fluss volumetriku tista' tinkiseb mill-ekwazzjoni (2.7) kif
Fig. 2.8 Ekwazzjoni tar-rata tal-fluss volumetriku-
fejn A hija l--erja tas-sezzjoni trasversali tal-pajp.
Wara l-kumpens tal-pressjoni u t-temperatura tar-rata tal-fluss volumetriku, ir-rata tal-fluss tal-massa tista 'tinkiseb bħala
Fig. 2.9 Ekwazzjoni tar-rata tal-fluss tal-massa-b'korrezzjoni ta' pressjoni-temperatura-kompressibbiltà
fejn Z huwa l-fattur ta' kompressjoni tal-gass; P0 u P huma l-parametri tal-pressjoni f'kundizzjonijiet standard u kundizzjonijiet attwali, rispettivament; T0 u T huma l-valuri tat-temperatura f'kundizzjonijiet standard u kundizzjonijiet attwali, rispettivament; u ρ0 hija d-densità tal-medju gassuż taħt kundizzjonijiet standard.
Ladarba tinkiseb il-veloċità tal-fluss, il-volum ta 'fluwidu li jgħaddi minn pajp ta' dijametru partikolari fuq ċertu perjodu jista 'jiġi kkalkulat. Il-volum tal-fluss F li jgħaddi mill-pajp f'siegħa huwa 79:
Fig. 2.10 Volum fis-siegħa ta' fluwidu mill-pajp ibbażat fuq il-prinċipju ta' ħidma tal-miter tal-fluss ultrasoniku tal-ħin tat-transitu-kejl tal-ħin-
Prinċipju Operattiv Bażiku tal-Kejl tal-Fluss tal-Gass Ultrasoniku Multi-Path
Miters tal-fluss ultrasoniku tal-gass jistgħu jinqasmu f'-mogħdija waħda u tipi ta' mogħdijiet multipli-, it-tnejn li huma bbażati fuq il-prinċipju ta' transit-ħin għall-kejl tal-fluss ultrasoniku. Fil-preżent, fost prodotti simili barra, in-numru ta 'mogħdijiet akustiċi jista' jkun daqs sitta. F'miter ultrasoniku ta' multi-passaġġ, ViV_iVi jirrappreżenta l-mogħdija-veloċità medja fuq it-iii-mogħdija akustika. Huwa miksub billi tkejjel il-ħinijiet ta' transitu ultrasoniku downstream u upstream, tikkalkula d-differenza fil-ħin bejniethom, u mbagħad tikkalkula l-veloċità medja tal-passaġġ-.
Skont ir-relazzjoni bejn il-mogħdija-veloċitajiet medja ta' kull mogħdija akustika u l-fatturi ta' korrezzjoni tal-fluss-veloċità, il-volum-veloċità medja tal-gass fil-pipeline tista' tiġi stmata bħala
Fig. 2.11 Multi-ekwazzjoni tal-veloċità medja ppeżata-kif jaħdem il-miter tal-fluss ultrasoniku
fejn WiW_iWi huwa l-koeffiċjent tal-ippeżar ta 'kull mogħdija akustika, u l-valur tiegħu jiddependi fuq l-algoritmu ta' integrazzjoni adottat.
Fig. 2.12 Multi-passaġġ volumetriku tal-fluss-ekwazzjoni tar-rata-miter tal-fluss ultrasoniku kif jaħdem
Fit-teorija, iktar ma jkun hemm mogħdijiet akustiċi, iktar għandha tkun ogħla l-eżattezza tal-kejl. Madankollu, l-esperjenza prattika wriet li meta n-numru ta' mogħdijiet akustiċi tul is-sezzjoni trasversali-tilħaq erbgħa, iż-żieda ulterjuri tan-numru ta' mogħdijiet tikkontribwixxi ftit li xejn għat-titjib tal-preċiżjoni, filwaqt li żżid b'mod sinifikanti l-ispiża tal-manifattura.
Analiżi tal-Fatturi li Jaffettwaw il-Kejl tal-Fluss tal-Gass Ultrasoniku
Skont il-formuli tal-kalkolu tal-fluss-veloċità u fluss-rata ta 'flowmeters ultrasoniku tal-gass, il-veloċità tal-fluss jew ir-rata tal-fluss hija relatata ma' diversi aspetti, bħall-parametri ġeometriċi tal-pajp tal-kejl, il-fluss-fattur ta 'korrezzjoni tal-veloċità (jew koeffiċjent tal-ippeżar), u l-valuri mkejla tal-ħin tal-propagazzjoni ultrasonika. L-analiżi li ġejja titwettaq minn dawn l-aspetti.
Korrezzjoni tal-Fluss-Fattur tal-Veloċità u Titjib tal-Eżattezza tal-Kejl
Fil-miter ultrasoniku tal-gass ta' transitu-ħin imsemmi hawn fuq, l-istudju huwa bbażat fuq l-istat ideali li fih il-mogħdija-veloċità medja hija mqassma b'mod uniformi fuq is-sezzjoni trasversali tal-pajp-. F'sitwazzjonijiet prattiċi, minħabba d-distribuzzjoni tal-veloċità mhux-uniformi tal-fluwidu tul is-sezzjoni trasversali tal-pajp-, il-veloċità miksuba bil-kalkolu hija fil-fatt il-mogħdija-veloċità medja tul id-direzzjoni tal-propagazzjoni ultrasonika u d-direzzjoni assjali, miksuba mid-differenza tal-ħin tat-transitu ultrasoniku mkejla-. Ir-rata tal-fluss volumetrika finali kkalkulata inevitabbilment se tipproduċi żbalji. Biex tiġi żgurata l-eżattezza tal-kejl, huwa meħtieġ li tiġi ddeterminata r-relazzjoni bejn it-tnejn u li tiġi kkoreġuta l-veloċità attwali mkejla bl-użu ta' prinċipji tal--fluwidu mekkaniċi; jiġifieri, fattur K ta' korrezzjoni tar-rata tal-fluss-jiġi introdott meta jitkejjel b'miter tal-fluss volumetriku.
Minħabba l-kumplessità ta' stati tal-fluss-fluwidu fil-pipelines, id-distribuzzjonijiet tal-veloċità li jirriżultaw huma wkoll kumplessi . Ir-riċerka attwali hija prinċipalment limitata għad-distribuzzjoni tal-veloċità f'kundizzjonijiet ideali, jiġifieri, id-distribuzzjoni tal-veloċità taħt fluss laminari u fluss turbulenti żviluppat bis-sħiħ f'pajpijiet lixxi. Il-fluss laminari u l-fluss turbulenti huma żewġ stati ta 'fluss fundamentali ta' fluwidi fil-pajpijiet. Il-fluss laminari jirreferi għall-istat li fih il-partiċelli tal-fluwidu m'għandhom l-ebda moviment trasversali u huwa kkunsidrat biss moviment axjali; fluss turbulenti jirreferi għall-istat li fih il-partiċelli tal-fluwidu għandhom moviment kemm assjali kif ukoll trasversali. Minħabba li l-karatteristiċi tal-fluss ivarjaw taħt stati differenti tal-fluss tal-pipeline, jinkisbu distribuzzjonijiet ta 'veloċità differenti.
Il-karatteristiċi tal-fluss ta 'fluwidu huma influwenzati b'mod konġunt mill-veloċità medja fil-pajp, il-viskożità kinematika, u d-dijametru tal-pajp, filwaqt li n-numru Reynolds ReReRe huwa indiċi importanti għall-evalwazzjoni tal-istat tal-fluss. Meta Re<2300Re < 2300Re<2300, the flow is laminar; when Re>4000Re > 4000Re>4000, the flow is turbulent. Re=2300Re = 2300Re=2300 is usually taken as the critical value for the transition from laminar to turbulent flow. When Re>2300Re > 2300Re>2300, il-fluwidu jibda t-tranżizzjoni għal stat turbulenti, u dan ir-reġjun ta 'tranżizzjoni ġeneralment jiġi ttrattat ukoll bħala fluss turbulenti.
FAQ
X'inhu miter tal-fluss tal-gass ultrasoniku tal-ħin ta' transitu-?
Miter tal-fluss tal-gass ultrasoniku tal-ħin ta' transitu-tkejjel il-fluss tal-gass billi jibgħat impulsi ultrasoniċi kemm 'l isfel kif ukoll 'il fuq u jikkalkula l-veloċità tal-fluss mid-differenza fil-ħinijiet ta' transitu tagħhom.
X'inhi d-differenza bejn miters tal-fluss ultrasoniku ta'-mogħdija waħda u ta' multi-mogħdija?
Miter tal-fluss tal-passaġġ wieħed-uża par wieħed ta' transducers u passaġġ akustiku wieħed, filwaqt li miter tal-fluss b'ħafna-mogħdijiet juża diversi mogħdijiet akustiċi f'għoli jew angoli differenti biex jaqbad aħjar il-profil tal-veloċità u jtejjeb l-eżattezza.
Għaliex huwa meħtieġ fattur ta' korrezzjoni tal-fluss-veloċita?
Minħabba li d-distribuzzjoni tal-veloċità f'pajp mhix perfettament uniformi, il-veloċità mkejla tul mogħdija akustika waħda mhix ugwali għall-veloċità medja tas-sezzjoni trasversali-. Fattur ta 'korrezzjoni jgħaqqad it-tnejn.
Liema fatturi jaffettwaw l-eżattezza tal-kejl tal-fluss tal-gass ultrasoniku?
Fatturi ewlenin jinkludu distorsjoni tal-profil tal-veloċità, kundizzjonijiet ta 'installazzjoni, numru Reynolds, kompożizzjoni tal-gass u veloċità tal-ħoss, bidliet fit-temperatura u fil-pressjoni, u żbalji fl-ipproċessar tas-sinjali.
