Що таке багатопроменевий ультразвуковий витратомір?

Якщо ви проводили якийсь час біля приладів обліку газу-або навіть просто гортали технічні каталоги-ви, ймовірно, натрапили на термін "багатопроменевий ультразвуковий витратомірЗвучить дивовижно. І, чесно кажучи, так воно і є.

Але ось у чому річ: базова концепція не така вже й складна, якщо відкинути жаргон.

Багатопроменевий ультразвуковий витратомір вимірює швидкість газу, пропускаючи ультразвукові сигнали через трубу через кілька шляхів-або «каналів», як люблять їх називати інженери. Кожен канал дає вам дані про швидкість на різній хорді поперечного-перерізу труби. Ви усереднюєте ці показання разом, відповідним чином зважуєте, і ви отримуєте пристойну оцінку того, як швидко газ насправді рухається цією трубою.

Існують також одно{0}}канальні лічильники. Вони дешевші. Вони простіші. Але вони також розглядають лише один фрагмент профілю потоку, що може ввести в оману, якщо потік не є ідеально рівномірним. І дозвольте вам сказати-потік майже ніколи не буває ідеально рівномірним.

Час--польоту: робоча конячка

Як одношляхові, так і багатошляхові версії покладаються на те, що називається-метод-прольоту. Це працює так: у вас є два перетворювачі на протилежних сторонах труби. Один посилає ультразвуковий імпульс за течією (з потоком), інший посилає один проти течії (проти течії). Імпульс, що йде вниз за течією, надходить швидше, оскільки він рухається через газовий струм. Верхньому за течією потрібно більше часу, оскільки він бореться з ним.

Ви вимірюєте обидва часи подорожі, обчислюєте різницю, і з цієї різниці ви можете отримати швидкість. Математика не тривіальна, але добре-відома. Люди робили це десятиліттями.

Ось де це стає цікавим-і я маю деякі думки.

У багатопроменевому лічильнику V представляє середню поверхневу швидкість, виміряну на кожному каналі. По суті, ви берете вибірку профілю швидкості на різних висотах по діаметру труби. Формула виглядає приблизно так: середня об’ємна швидкість дорівнює сумі швидкості кожного каналу, помноженої на його ваговий коефіцієнт. Виписується: v=ΣwᵢVᵢ, де W — ваговий коефіцієнт, який залежить від того, який алгоритм інтеграції вирішив використати виробник.

З цього ви можете обчислити фактичну швидкість потоку: q=A × Σ(WᵢVᵢ), де A – площа поперечного-перерізу труби.

Різні схеми інтеграції призначають різні ваги різним акордам. Популярною є квадратура Гауса. Так само і метод Чебишева. Кожен має компроміси-. Але, чесно кажучи, якщо ви не робите інженерний проект самостійно, вам, ймовірно, не потрібно турбуватися про те, який з них «найкращий». Усі вони працюють досить добре.

Запитання про шість{0}}каналів

Наразі найпоширеніші високо-продукти від іноземних виробників мають до шести каналів. Можна подумати, що більше каналів означає більшу точність. І теоретично, так-більша кількість точок відбору проб дасть вам краще наближення до справжнього профілю швидкості.

Але практичний досвід говорить про інше.

Після того, як ви досягнете чотирьох каналів, приріст точності від додавання нових шляхів стане незначним. Тим часом витрати на виробництво різко зростають. Кожна додаткова пара датчиків потребує точного вирівнювання. Кожна з них додає потенційні точки відмови. Кожен з них ускладнює монтаж і обслуговування.

Отже, чи вартий шести-канальний лічильник того, ніж чотири-канальний? іноді. Для заяв про передачу під опіку, де мають значення частки відсотка, можливо. Для більшості промислових застосувань? Напевно ні.

Я бачив чудові шести{0}}лічильники шляху, встановлені в жахливих місцях-безпосередньо за течією від ліктів, із закрученим потоком і асиметричними профілями швидкості, що робило всі додаткові канали майже марними. Лічильник вимірював сміття, і усереднення сміття шістьма різними способами просто дає вам... ну-усереднене сміття.

Загальні вказівки свідчать, що вам потрібно щонайменше вісім діаметрів прямолінійної лінії вгорі та два діаметри вниз по течії від будь-якого порушення потоку. Але це орієнтир, а не гарантія. Циклонічні моделі течії, потік висоти, температурна стратифікація-все це може зіпсувати ваші показання таким чином, що інші канали не можуть повністю компенсувати.

У деяких конфігураціях лічильників використовуються перехресні шляхи (X-шаблон розташування), щоб компенсувати певні спотворення потоку. Розумно, але не магія.

Число Рейнольдса має бути вище 4000 для турбулентного потоку-, що зазвичай не є проблемою для промислових газопроводів. Ламінарний потік зустрічається рідко. Швидкість звуку в газі впливає на час проходження сигналу, але сучасні лічильники вирішують це автоматично за допомогою температурної компенсації.

Перетворювачі зазвичай встановлюють під кутом 45 градусів або більше відносно напрямку потоку, хоча оптимальний кут залежить від діаметра труби, швидкості газу та температури. Максимальна робоча температура зазвичай становить близько 650 градусів F для стандартних установок. Кріогенні програми - це зовсім інший звір.

Багатопроменєві ультразвукові витратоміри є хорошою технологією. Вони не-нав’язливі, не мають рухомих частин, працюють із широким діапазоном витрат і можуть досягти вражаючої точності, якщо їх правильно встановити та відкалібрувати.

Але вони не надійні. Більше шляхів автоматично не означає кращих результатів. Добре-встановлений чотири-канальний лічильник за хороших умов потоку перевершить шести-канальний лічильник, встановлений у проблемному місці кожного разу.

Розуміння основ-часу--вимірювання{2}}польоту, інтеграції швидкості, ролі вагових коефіцієнтів-допоможе вам прийняти кращі рішення про те, коли ці вимірювачі мають сенс і як отримати від них максимальну користь.