Ako ste neko vrijeme proveli oko postrojenja za mjerenje plina-ili čak samo prelistavali tehničke kataloge-vjerojatno ste naletjeli na izraz "višestazni ultrazvučni mjerač protoka." Zvuči otmjeno. I iskreno, nekako i jest.
Ali evo u čemu je stvar: osnovni koncept nije tako kompliciran nakon što odbacite žargon.
Temeljna ideja (bez besmislica iz udžbenika)
Višestazni ultrazvučni mjerač protoka mjeri brzinu plina ispaljivanjem ultrazvučnih signala preko cijevi kroz više puta-ili "kanala", kako ih inženjeri vole zvati. Svaki kanal vam daje očitanje brzine na različitoj tetivi poprečnog-presjeka cijevi. Skupite prosjek tih očitanja, odgovarajuće ponderirate i bum: dobijete pristojnu procjenu koliko brzo se plin zapravo kreće kroz tu cijev.
Postoje i-jednokanalni mjerači. Jeftinije su. Oni su jednostavniji. Ali oni također gledaju samo jedan dio profila protoka, što može dovesti u zabludu ako protok nije savršeno ujednačen. I dopustite mi da vam kažem-tok gotovo nikada nije savršeno ujednačen.
I jednostruka i višestruka verzija oslanjaju se na nešto što se zove-metoda-letenja. Radi ovako: imate dvije sonde na suprotnim stranama cijevi. Jedan šalje ultrazvučni impuls nizvodno (s protokom), drugi šalje jedan uzvodno (protiv toka). Nizvodni puls stiže brže jer se kreće strujom plina. Onome uzvodno treba duže jer se bori s njim.
Mjerite oba vremena putovanja, izračunate razliku i iz te razlike možete izvesti brzinu. Matematika nije trivijalna, ali je dobro-utvrđena. Ljudi to rade desetljećima.
Zašto više kanala?
Ovdje postaje zanimljivo-i gdje imam neka mišljenja.
U višestaznom mjeraču, V predstavlja površinsku prosječnu brzinu izmjerenu na svakom kanalu. Vi u biti uzorkujete profil brzine na različitim visinama po promjeru cijevi. Formula izgleda otprilike ovako: volumetrijska prosječna brzina jednaka je zbroju brzine svakog kanala pomnoženog s njegovim težinskim koeficijentom. Ispisano: v=ΣwᵢVᵢ, gdje je W težinski koeficijent koji ovisi o algoritmu integracije koji je proizvođač odlučio koristiti.
Iz toga možete izračunati stvarni protok: q=A × Σ(WᵢVᵢ), gdje je A površina poprečnog-presjeka cijevi.
Različite integracijske sheme dodjeljuju različite težine različitim akordima. Gaussova kvadratura je popularna. Kao i Chebyshevljeva metoda. Svaki ima kompromise-. Ali iskreno, osim ako sami ne radite inženjerski dizajn, vjerojatno ne morate brinuti koji je "najbolji". Svi rade relativno dobro.
Pitanje šest-kanala
Trenutačno najčešći vrhunski-proizvodi stranih proizvođača imaju do šest kanala. Pomislili biste da više kanala znači veću točnost. I teoretski, da-više točaka uzorkovanja trebalo bi vam dati bolju aproksimaciju pravog profila brzine.
Ali praktično iskustvo govori drugačiju priču.
Nakon što postignete četiri kanala, dobitak točnosti od dodavanja više staza postaje marginalan. U međuvremenu, troškovi proizvodnje rastu. Svaki dodatni par sondi treba precizno poravnati. Svaki od njih dodaje potencijalne točke neuspjeha. Svaki od njih komplicira instalaciju i održavanje.
Dakle, isplati li se mjerač sa šest-kanala u odnosu na mjerač s četiri-kanala? Ponekad. Za zahtjeve za prijenos skrbništva gdje su djelići postotka važni, možda. Za većinu industrijskih primjena? Vjerojatno ne.
Instalacija je važnija nego što mislite
Vidio sam prekrasnih -mjerača puta instaliranih na užasnim lokacijama-odmah nizvodno od koljena, s vrtložnim protokom i asimetričnim profilima brzine koji su sve te dodatne kanale učinili gotovo beskorisnim. Mjerač je mjerio smeće, a izračunavanje prosjeka smeća na šest različitih načina jednostavno vam daje... pa-prosječno smeće.
Opće smjernice kažu da želite najmanje osam promjera cijevi ravno uzvodno i dva promjera nizvodno od bilo kakvog poremećaja protoka. Ali to je smjernica, a ne jamstvo. Ciklonski obrasci protoka, strujanje nagiba, temperaturna stratifikacija-sve to može utjecati na vaša očitanja na načine koje više kanala ne može u potpunosti kompenzirati.
Neke konfiguracije mjerača koriste ukrižene putanje (X-raspoređivanje uzoraka) za poništavanje određenih poremećaja protoka. Pametno, ali ne magično.
Razmatranja-stvarnog svijeta
Reynoldsov broj trebao bi biti iznad 4000 za turbulentno strujanje-što obično nije problem u industrijskim plinovodima. Laminarni tok je rijedak. Brzina zvuka u plinu utječe na vrijeme putovanja signala, ali moderni mjerači to rješavaju automatski pomoću temperaturne kompenzacije.
Pretvornici se obično postavljaju pod kutovima od 45 stupnjeva ili više u odnosu na smjer protoka, iako optimalni kut ovisi o promjeru cijevi, brzini plina i temperaturi. Maksimalne radne temperature obično su oko 650 stupnjeva F za standardne instalacije. Kriogene aplikacije su potpuno drugačija zvijer.
Suština
Multipath ultrazvučni mjerači protoka dobra su tehnologija. Nisu-nametljivi, nemaju pomičnih dijelova, podnose širok raspon protoka i mogu postići impresivnu točnost kada su ispravno instalirani i kalibrirani.
Ali nisu sigurni. Više putova ne znači automatski bolje rezultate. Dobro-postavljeni mjerač s četiri-kanala u dobrim uvjetima protoka svaki će put nadmašiti mjerač sa šest-kanala instaliran na problematičnom mjestu.
Razumijevanje osnova-vremena--mjerenja leta, integracije brzine, uloge težinskih koeficijenata-pomaže vam da donesete bolje odluke o tome kada ovi mjerači imaju smisla i kako ih najbolje iskoristiti.
