Ultraskaņas plūsmas mērītāja darbības princips un kalibrēšana

Ultraskaņas plūsmas mērītājs ir ātruma plūsmas mērītājs, kas izmanto ultraskaņas impulsus, lai izmērītu šķidruma plūsmu. Tam ir bezkontakta darbība, plašs mērīšanas diapazons, viegla pārnēsāšana un uzstādīšana, spēcīga pielāgošanās cauruļu diametriem, lietošanas vienkāršība un digitalizācijas iespēja. Tas plaši tiek izmantots gāzes un šķidruma ātruma un plūsmas vietējai mērīšanai. Šis raksts iepazīstina ar visbiežāk izmantoto ultraskaņas plūsmas mērītāju dizaina principiem, analizē un novērtē to mērījumu kļūdu mērīšanas nenoteiktību un apspriež metodes, kā uzlabot vietējo mērījumu precizitāti.

I. Ultraskaņas plūsmas mērītāju mērīšanas princips

Ultraskaņas plūsmas mērītāja darbības princips ir parādīts 1. attēlā. Ir uzstādīti divi ultraskaņas sensori: lejupvirziena sensors A pārraida ultraskaņas impulsa signālus, un augšupvirziena sensors B tos saņem. Sensori ir uzstādīti, izmantojot ārējo skavu Z metodi, pa vienam katrā cauruļvada pusē norādītajā attālumā. Cauruļvada iekšējais diametrs ir d, lejupvirziena ultraskaņas ātrums ir V, un leņķis θ starp ultraskaņas izplatīšanās virzienu un šķidruma plūsmas virzienu ir θ.

2. Mērījumu precizitātes analīze

Šķidruma plūsmas ātrums pēc formulas (3) sastāv no četrām daļām: caurules iekšējais diametrs d, teorētiskā skaņas ātrums C izmērītajā šķidrumā, skaņas viļņa lauztā leņķa tangenss tanθ un laika starpība Δt starp šķidruma plūsmu uz priekšu un atpakaļ, kas iet caur sensoru AB. Tās mērījumu precizitātes analīze ir šāda.

1. Neatkarības mērījumu ieviestās nenoteiktības novērtējums attiecībā pret caurules iekšējā diametra d mērīšanu

Saskaņā ar ** standartu, caurules nominālais diametrs D un caurules biezums s ir tikai aptuveni nominālie izmēri. Caurules ārējo diametru D un caurules biezumu s katru reizi jāmēra. Tādējādi šajā nenoteiktībā ir divi komponenti, proti, mērījumu atkārtojamība attiecībā pret izmērīto objektu un mērinstrumenta mērīšanas nenoteiktība, kas izmantota uz vietas. Saskaņā ar mūsu faktiskās uz vietas mērīšanas pieredzi, caurules iekšējā diametra d mērīšanas nenoteiktība parasti ir Urel (d) = 0,5% (k = 2); tādējādi standarta nenoteiktība, ko ievieš caurules iekšējā diametra d mērīšana ir:

urel(d) = urel(d) / k = 0,5% / 2 = 0,25%

2. Nenoteiktības novērtējums, ko ievieš šķidruma skaņas ātruma C mērīšana, urel(C)

Saskaņā ar tehniskajiem datiem šī nenoteiktība tiek novērtēta kā B klase. Skaņas ātruma mērījumu nenoteiktība izmērītajā šķidrumā ir:

Urel(C) = 0,6% (k = 2). To var citēt tieši:

urel (C) = Urel (C) / k = 0,6% / 2 = 0,3%

3. Nenoteiktība, ko rada attāluma l mērījumu atkārtojamība starp sensoriem A un B

Nenoteiktības novērtējums urel (l). Attāluma l mērījumu nenoteiktība starp lejupstrāvas sensoru A un augšupstrāvas sensoru B sastāv no divām sastāvdaļām: mērījumu atkārtojamības nenoteiktība no mērāmā objekta un mērinstrumenta, kas izmantots uz vietas, mērījumu nenoteiktība. Pamatojoties uz mūsu faktiskām lauka mērījumu pieredzēm, standarta nenoteiktība, ko rada attāluma l mērījumu atkārtojamība starp sensoriem A un B, ir parasti

Urel(l) = 0,6% (k = 2):

Urel(l) = s/k = 0,5%/2 = 0,25%

4. Laika starpības Δt ievads starp plūsmas un pretplūsmas pāreju caur sensoriem AB

Neprasījuma u(Δt) novērtēšana. Laika starpība Δt starp plūsmu uz priekšu un pretējo plūsmu caur ultraskaņas plūsmas mērītāja pārveidotājiem AB tiek mērīta, atņemot laiku t1 no impulsa, ko pārraida no pārveidotāja A uz B pie plūsmas virzienā uz priekšu, un t2 no impulsa, ko pārraida no B uz A pretējā virzienā (skatīt 1. attēlu). Saskaņā ar formulu (1), tās neprasījuma sastāvdaļas galvenokārt tiek noteiktas ar attālumu l starp lejupējā pārveidotāju A un augšupējā pārveidotāju B, caurules iekšējo diametru d un skaņas ātrumu C izmērītajā šķidrumā. Laika un frekvences mērījumu precizitāte ir visaugstākā visās mērījumu disciplīnās. Kļūda, ko izraisa ultraskaņas plūsmas mērītāja impulsa laika mērīšana, var tikt ignorēta. Attālums l, caurules iekšējais diametrs d un skaņas ātrums C izmērītajā šķidrumā ir iekļauti citās neprasījuma sastāvdaļās. Tādēļ neprasījumu u(Δt), ko ievieš laika starpība Δt starp augšupējo un lejupējo plūsmu, kas iziet caur pārveidotājiem AB, var ignorēt.

III. Metodes, kā uzlabot ultraskaņas plūsmas mērītāju lauka mērījumu precizitāti

Veicot lauka mērījumus, pirmais solis ir veikt visu faktoru visaptverošu analīzi. Šie faktori visi ietekmē galīgos mērījumu rezultātus, kā parādīts zemāk.

1. Neuzticības ietekme skaņas ātrumā C un empīriskās metodes, kā uzlabot lauka mērījumu precizitāti

Pirms lauka mērījumiem sākas, jānorāda mērītā vide. Ja vide ir gāze, jānorāda konkrētā gāzes sastāvs, ekspluatācijas temperatūra un ekspluatācijas spiediens. Ultraskaņas ātrumu var iegūt, apskatot attiecīgos standartus, izmantojot iepriekš minēto informāciju. Darba vides skaņas ātruma C ietekme uz ultraskaņas plūsmas mērītāju mazāk ietekmēs mērījumu rezultātus. Ja vide ir šķidrums, jānorāda konkrētā šķidruma nosaukums, ekspluatācijas spiediens, ekspluatācijas temperatūra, ekspluatācijas spiediens un šķidrumā esošo suspendēto daļiņu klātbūtne. Skaņas ātruma iestatījumos jāņem vērā temperatūras efekti. Ūdens šķīdumu skaņas ātrums ir lielāks nekā ūdenim, un lielākajai daļai šķidrumu augstāka temperatūra nozīmē lielāku skaņas ātrumu. Kad šķidrumā ir daudz daļiņu (bet mērījumu diapazonā), ir divi pieejas veidi: 1. Vienmērīgi sadalītas daļiņas. Šādā gadījumā signāls ir salīdzinoši stabils, un to ir grūti noteikt ar mērījumiem. Mērītajai videi jānorāda daļiņu cēlonis un veids. Kad daļiņu veids ir zināms, šķidruma skaņas ātrumu var piemēroti pielāgot un salīdzināt signāla kvalitāti, lai iegūtu precīzākus mērījumus. ② Gadījumā ar nevienmērīgām daļiņām signāla intensitāte ievērojami svārstīsies. Šādā gadījumā labākā pieeja ir veikt mērījumus ilgākā laikā un vidēji ņemt vērtības vairākās vietās ar labu signāla kvalitāti.

2. Attālums l starp transduseriem A un B un caurules iekšējais diametrs d

Mērījumu atkārtojamības ietekme un metodes, kā uzlabot mērījumu precizitāti uz vietas: Izvēloties mērīšanas cauruļvadu, izvēlieties taisnu, stabilu darba vides sekciju, kas atrodas prom no sūkņu stacijas vārsta. Ja cauruļvadā esošā vide ir šķidrums, izvēlieties arī caurules sekciju, kurā apakšā mazāk var veidoties nogulsnes un augšā gaisa uzkrāšanās. Inicializējiet mērījumus, uzstādot sensoru vertikāli, pēc tam horizontāli. Ja starpība starp abiem mērījumiem ir iekšpusē ultraskaņas plūsmas mērītāja pieļaujamās kļūdas robežās, nemainot citus parametrus, pēc papildu parametru iestatīšanas turpiniet ar nākamo mērījumu. Pretējā gadījumā atkārtoti izvēlieties cauruļvadu mērīšanai (ja starpība starp diviem mērījumiem pārsniedz ultraskaņas plūsmas mērītāja pieļaujamo kļūdu, tas norāda, ka cauruļvada sekcija nav pilnībā piepildīta ar darba vidi).

Uzstādot detalizētus parametrus nākamajam mērījumam, galvenie faktori, kas ietekmē mērījumu precizitāti, ir attālums l starp pārveidotājiem A un B un caurules iekšējais diametrs d. Attālumu l parasti mēra ar tērauda lineālu vai nongriešanas slīdklipu, pamatojoties uz attālumu l. Lai izmērītu caurules iekšējo diametru d, kad caurules ārējais diametrs ir mazs, tieši var izmantot nongriešanas slīdklipu. Lielām caurulēm vislabāk ir izmantot precīzu tērauda lineālu, lai izmērītu apkārtmēru, un pēc tam aprēķinātu diametru. Kad mēra caurules ar smagiem iekšējiem nogulsnēm un netīrumiem, cauruļu sienas parametru s var palielināt, bet skaņas ātrumu sienā var samazināt. Mērot caurules ar smagu iekšēju koroziju, cauruļu sienas parametru s var samazināt, taču sienas skaņas ātrums paliek nemainīgs.

Balstoties uz tranzīta laika ultraskaņas plūsmas mērītāju principu, šajā rakstā tiek analizēta un novērtēta ultraskaņas plūsmas mērītāju kļūdu mērījumu precizitāte. Pamatojoties uz mūsu institūta gadu ilgu pieredzi ultraskaņas plūsmas mērītāju lauka testēšanā, tiek ierosināti un izskaidroti vairāki galvenie punkti, kā uzlabot ultraskaņas plūsmas mērītāju lauka mērījumu precizitāti.