Mga prinsipyo ng pagtatrabaho at pag-calibrate ng ultrasonic flowmeter

Ang ultrasonic flowmeter ay isang uri ng velocity-type flowmeter na gumagamit ng ultrasonic pulses upang sukatin ang daloy ng fluid. Ito ay may non-contact operation, malawak na saklaw ng pagsukat, madaling dalhin at i-install, matibay na pag-aangkop sa diametro ng tubo, madaling gamitin, at madaling i-digitize. Malawakang ginagamit ito para sa on-site na pagsukat ng bilis at daloy ng gas at likido. Ipakikilala ng artikulong ito ang mga prinsipyo ng disenyo ng pinakakaraniwang ginagamit na ultrasonic flowmeter, aanalihin at papangkatin ang measurement uncertainty ng mga error nito, at talakayin ang mga paraan upang mapabuti ang katiyakan ng on-site na pagsukat.

I. Prinsipyo ng Pagsukat ng Ultrasonic Flowmeter

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang ultrasonic flowmeter ay ipinapakita sa Figure 1. Dalawang ultrasonic probes ang naka-install: ang downstream transducer A ay nagpapadala ng ultrasonic pulse signals, at ang upstream transducer B ang tumatanggap sa mga ito. Ang transducers ay naka-mount gamit ang panlabas na clamp Z na paraan, isa sa bawat gilid ng tubo ng fluid pipeline sa isang tinukoy na distansya. Ang panloob na diametro ng tubo ay d, ang downstream ultrasonic velocity ay V, at ang anggulo θ sa pagitan ng direksyon ng ultrasonic propagation at direksyon ng daloy ng fluid ay θ.

2. Pagsusuri ng measurement uncertainty

Ang flow rate ng fluid ayon sa formula (3) ay binubuo ng apat na bahagi: ang panloob na diametro ng tubo na d, ang teoretikal na bilis ng tunog na C sa nasukat na fluid, ang tangent ng anggulo ng refraction ng tunog na tanθ, at ang pagkakaiba ng oras na Δt sa pagitan ng pasulong at pabalik na daloy ng fluid habang dumaan sa transducer AB. Ang pagsusuri ng kaniyang measurement uncertainty ay ang mga sumusunod.

1. Pagsusuri ng kawastuhan na idinulot ng pag-uulit sa pagsukat ng panloob na diametro ng tubo d

Ayon sa pamantayan, ang nominal na diametro ng tubo D at ang kapal ng tubo s ay mga halagang aproksimasyon lamang. Kailangang sukatin ang panlabas na diametro ng tubo D at ang kapal ng tubo s tuwing gagawa ng pagsukat. Samakatuwid, mayroong dalawang sangkap ang kawastuhang ito, ang pag-uulit ng pagsukat ng nasusukat na bagay at ang kawastuhan ng instrumentong ginagamit sa pagsukat. Ayon sa aming tunay na karanasan sa pagsukat sa field, ang kawastuhan ng pagsukat ng panloob na diametro ng tubo d ay karaniwang Urel (d) = 0.5% (k = 2); samakatuwid, ang karaniwang kawastuhan na idinulot ng pagsukat ng panloob na diametro ng tubo d ay:

urel(d) = urel(d) / k = 0.5% / 2 = 0.25%

2. Pagsusuri ng kawastuhan na idinulot ng pagsukat ng bilis ng tunog ng likido C, urel(C)

Ayon sa teknikal na datos, ang kawastuhan ay sinusuri bilang Klase B. Ang kawastuhan ng pagpapabilis ng tunog sa likido na nasukat ay:

Urel(C) = 0.6% (k = 2). Maaari itong direktang i-quote:

urel (C) = Urel (C) / k = 0.6% / 2 = 0.3%

3. Kawastuhan na idinulot ng pag-uulit ng pagsukat ng distansya l sa pagitan ng transducer A at B

Pagsusuri ng kawastuhan ng urel (l) Ang kawastuhan ng pagsukat ng distansya l sa pagitan ng transducer A pababa at transducer B pataas ay may dalawang bahagi: ang pag-uulit ng pagsukat ng nasukat na bagay at ang kawastuhan ng pagsukat ng instrumentong ginamit sa lugar. Batay sa aming tunay na karanasan sa pagsukat sa field, ang karaniwang kawastuhan na idinulot ng pag-uulit ng pagsukat ng distansya l sa pagitan ng transducer A at B ay karaniwan

Urel(l) = 0.6% (k = 2):

Urel(l) = s/k = 0.5%/2 = 0.25%

4. Pagpapakilala sa Time Difference Δt Sa Pagitan ng Diretsahan at Pagbalik ng Daloy sa Pamamagitan ng Transducer AB

Pagtatasa ng Katiyakan u(Δt) Ang pagkakaiba ng oras na Δt sa pagitan ng pasulong at paatras na daloy sa pamamagitan ng mga transducer AB sa isang ultrasonic flowmeter ay sinusukat sa pamamagitan ng pagbawas ng oras na t1 mula sa pulso na ipinadala mula sa transducer A patungo sa B sa direksyon ng pasulong na daloy at t2 mula sa pulso na ipinadala mula sa B patungo sa A sa direksyon ng paatras na daloy (tingnan ang Larawan 1). Ayon sa formula (1), ang mga bahagi ng katiyakan nito ay kadalasang nakadepende sa distansya l sa pagitan ng transducer A sa paibaba at transducer B sa paibabaw, ang panloob na diametro ng tubo na d, at ang bilis ng tunog na C sa tinukoy na likido. Ang katiyakan ng pagsukat ng oras at dalas ay ang pinakamataas sa lahat ng mga disiplina ng pagsukat. Ang pagkamali na dulot ng pagsukat ng pulso sa ultrasonic flowmeter ay maaaring hindi pansinin. Ang distansya l, ang panloob na diametro ng tubo na d, at ang bilis ng tunog na C sa tinukoy na likido ay kasama sa iba pang mga bahagi ng katiyakan. Samakatuwid, ang katiyakan na u(Δt) na dulot ng pagkakaiba ng oras na Δt sa pagitan ng mga likido sa paibabaw at paibaba habang dadaan sa mga transducer AB ay maaaring hindi pansinin.

III. Mga Paraan para Mapabuti ang Katiyakan ng Pagsukat sa Field ng Ultrasonic Flowmeters

Sa mga pagsukat sa field, ang unang hakbang ay magsagawa ng isang komprehensibong pagsusuri sa iba't ibang mga salik. Ang mga salik na ito ay may tiyak na epekto sa pangwakas na resulta ng pagsukat, tulad ng ipinapakita sa ibaba.

1. Ang Epekto ng Katiyakan sa Bilis ng Tunog C at mga Empirical na Paraan para Mapabuti ang Katiyakan ng Pagsukat sa Field

Bago magsimula ang mga pagsukat sa field, dapat ibigay ang medium na sinusukat. Kung ang medium ay isang gas, dapat ibigay ang tiyak na komposisyon ng gas, temperatura ng operasyon, at presyon ng operasyon. Ang bilis ng tunog ng ultrasonic ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagtukoy sa mga naaangkop na pamantayan gamit ang nabanggit na impormasyon. Ang epekto ng bilis ng tunog C ng working medium sa ultrasonic flowmeter ay mas kaunting makakaapekto sa mga resulta ng pagsukat. Kung ang medium ay isang likido, dapat ibigay ang tiyak na pangalan ng likido, presyon ng operasyon, temperatura ng operasyon, presyon ng operasyon, at ang pagkakaroon ng mga suspended particles sa likido. Dapat isaalang-alang ang epekto ng temperatura sa pagtatakda ng bilis ng tunog. Ang bilis ng tunog ng mga aqueous solution ay mas mataas kaysa sa tubig, at para sa karamihan sa mga likido, mas mataas ang temperatura, mas mabilis ang bilis ng tunog. Kapag maraming particle sa likido (ngunit nasa saklaw ng pagsukat pa rin), may dalawang paraan: ① Mga pantay na nahahating particle. Sa ganitong kaso, ang signal ay relatibong matatag, kaya mahirap itong tuklasin sa pamamagitan ng pagsukat. Dapat ibigay ang sanhi at uri ng mga particle sa medium na sinusukat. Kapag nakilala na ang uri ng particle, maaaring angkop na i-ayos ang bilis ng tunog ng likido, at ihambing ang kalidad ng signal upang makakuha ng mas tumpak na resulta ng pagsukat. ② Sa kaso ng hindi pantay na mga particle, ang lakas ng signal ay magkakaiba nang malaki. Sa ganitong sitwasyon, ang pinakamahusay na paraan ay sukatin sa loob ng mahabang panahon at i-average ang mga reading sa ilang puntos na may magandang kalidad ng signal.

2. Distansya l sa pagitan ng transducer A at B at ang panloob na diametro ng tubo d

Ang epekto ng pag-uulit ng pagmamasure at mga paraan para mapabuti ang katiyakan ng pagsukat sa lugar: Kapag napipili ang linya ng pagsukat, pumili ng bahagi ng tubo na tuwid at matatag na nagtataguyod ng medium, malayo sa bomba at balbula. Kung ang medium sa tubo ay likido, pumili rin ng bahagi ng tubo na hindi madaling maging sanhi ng pagpapalit ng sediment sa ilalim at pag-accumulation ng hangin sa itaas. Sukatin muna gamit ang probe na nakapatong nang pahalang, pagkatapos nang pahilis. Kung ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang pagsukat ay nasa loob ng pinapayagang error ng ultrasonic flowmeter, at hindi nagbago ang ibang mga parameter, magpatuloy sa susunod na pagsukat pagkatapos i-set ang karagdagang mga parameter. Kung hindi, muling pumili ng bahagi ng tubo para sa pagsukat (kung ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang pagsukat ay lumampas sa pinapayagang error ng ultrasonic flowmeter, ipinapahiwatig nito na ang bahagi ng tubo ay hindi ganap na puno ng medium).

Sa pagtatakda ng detalyadong mga parameter para sa susunod na pagsukat, ang pangunahing mga salik na nakakaapekto sa katiyakan ng pagsukat ay ang distansya l sa pagitan ng transducer A at B at ang panloob na diametro d ng tubo. Ang distansya l ay karaniwang sinusukat gamit ang steel ruler o vernier caliper depende sa distansya l. Para sa pagsukat ng panloob na diametro d ng tubo, maaaring gamitin nang direkta ang vernier caliper kung ang panlabas na diametro ng tubo ay maliit. Para sa mas malalaking tubo, pinakamahusay na gamitin ang precision steel ruler sa pagsukat ng circumference at pagkatapos ay kalkulahin ang diametro. Sa pagsukat ng mga tubo na may malubhang panloob na deposito at pagkakarumdom, maaaring dagdagan ang parameter ng pader ng tubo na s at bawasan ang bilis ng tunog sa pader. Sa pagsukat ng mga tubo na may malubhang panloob na korosyon, maaaring bawasan ang parameter ng pader ng tubo na s, ngunit nananatili ang bilis ng tunog sa pader.

Batay sa prinsipyo ng transit-time na ultrasonic flowmeters, ina-analisa at ina-evaluate ng papel na ito ang pagsukat ng katiyakan ng mga maling pagbabasa ng ultrasonic flowmeter. Batay sa taon-taong karanasan ng aming instituto sa pagsusuring pabahay ng ultrasonic flowmeters, iminumungkahi at ipinaliliwanag namin ang ilang mga mahahalagang punto para mapabuti ang katiyakan ng pagsukat sa field ng ultrasonic flowmeters.