Če ste preživeli nekaj časa v bližini merilnih naprav za plin-ali celo samo prelistali tehnične kataloge-ste verjetno naleteli na izraz "večstezni ultrazvočni merilnik pretoka." Sliši se čudovito. In pošteno povedano, nekako je.
Ampak tukaj je stvar: osnovni koncept ni tako zapleten, ko se otresete žargona.
Osnovna ideja (brez neumnosti iz učbenikov)
Večpotni ultrazvočni merilnik pretoka meri hitrost plina z oddajanjem ultrazvočnih signalov čez cev skozi več poti-ali »kanalov«, kot jih radi imenujejo inženirji. Vsak kanal vam omogoča odčitavanje hitrosti na drugi tetivi preseka-cevi. Skupaj povprečite te odčitke, jih ustrezno ponderirate in razcvet: dobite spodobno oceno, kako hitro se plin dejansko premika skozi to cev.
Obstajajo tudi eno{0}}kanalni merilniki. Cenejši so. Preprostejši so. Gledajo pa tudi samo en del profila toka, kar je lahko zavajajoče, če tok ni popolnoma enakomeren. In naj vam povem-da tok skoraj nikoli ni popolnoma enakomeren.
Tako enopotne kot večpotne različice temeljijo na nečem, kar se imenuje-metoda-časa letenja. Deluje takole: na nasprotnih straneh cevi imate dva pretvornika. Eden pošlje ultrazvočni impulz navzdol (s tokom), drugi pošlje enega navzgor (proti toku). Dolvodni impulz pride hitreje, ker jezdi tok plina. Gorvodni traja dlje, ker se bori z njim.
Izmeriš oba potovalna časa, izračunaš razliko in iz te razlike lahko izpelješ hitrost. Matematika ni nepomembna, je pa dobro-uveljavljena. Ljudje to počnejo že desetletja.
Zakaj več kanalov?
Tukaj postane zanimivo-in tukaj imam nekaj mnenj.
V večpotnem merilniku V predstavlja povprečno površinsko hitrost, izmerjeno na vsakem kanalu. V bistvu vzorčite profil hitrosti na različnih višinah po premeru cevi. Formula je videti nekako takole: volumetrična povprečna hitrost je enaka vsoti hitrosti vsakega kanala, pomnoženi z njegovim utežnim koeficientom. Izpisano: v=ΣwᵢVᵢ, kjer je W utežni koeficient, ki je odvisen od algoritma integracije, ki se ga je proizvajalec odločil uporabiti.
Iz tega lahko izračunate dejanski pretok: q=A × Σ(WᵢVᵢ), kjer je A površina preseka-cevi.
Različne integracijske sheme različnim akordom dodelijo različne uteži. Gaussova kvadratura je priljubljena. Enako velja za metodo Čebiševa. Vsak ima kompromis-. Ampak iskreno, razen če načrtujete sami, vam verjetno ni treba skrbeti, kateri je "najboljši". Vsi delujejo razmeroma dobro.
Vprašanje o šestih-kanalih
Trenutno najpogostejši vrhunski-izdelki tujih proizvajalcev izvajajo do šest kanalov. Mislili bi, da več kanalov pomeni večjo natančnost. In teoretično bi vam moralo-več točk vzorčenja dati boljši približek dejanskega profila hitrosti.
Toda praktične izkušnje govorijo drugače.
Ko enkrat dosežete štiri kanale, pridobitev natančnosti zaradi dodajanja več poti postane obrobna. Medtem se proizvodni stroški dvignejo. Vsak dodatni par pretvornikov potrebuje natančno poravnavo. Vsak doda potencialne točke napake. Vsak otežuje namestitev in vzdrževanje.
Je torej šest-kanalni merilnik vreden tega kot štiri-kanalni? včasih. Za vloge za prenos skrbništva, kjer so pomembni delčki odstotka, morda. Za večino industrijskih aplikacij? Verjetno ne.
Namestitev je pomembnejša, kot si mislite
Videl sem čudovite -merilnike poti, nameščene na strašnih lokacijah-takoj dolvodno od komolcev, z vrtinčnim tokom in asimetričnimi profili hitrosti, zaradi katerih so bili vsi ti dodatni kanali skoraj neuporabni. Merilnik je meril smeti in povprečenje smeti na šest različnih načinov vam samo da... no-povprečno količino smeti.
Splošna navodila pravijo, da želite najmanj osem premerov cevi v ravnem toku navzgor in dva premera navzdol od kakršne koli motnje pretoka. Ampak to je smernica, ne garancija. Ciklonski vzorci pretoka, nagibni tok, temperaturna stratifikacija-vse to lahko vpliva na vaše odčitke na načine, ki jih več kanalov ne more v celoti nadomestiti.
Nekatere konfiguracije merilnikov uporabljajo prekrižane poti (razporeditev vzorcev X-), da izničijo določena popačenja toka. Pametno, a ne čarobno.
Premisleki iz-resničnega sveta
Reynoldsovo število bi moralo biti nad 4000 za turbulenten tok-, kar običajno ni težava v industrijskih plinovodih. Laminarni tok je redek. Hitrost zvoka v plinu vpliva na čas potovanja signala, vendar sodobni merilniki to obravnavajo samodejno s temperaturno kompenzacijo.
Pretvorniki so običajno nameščeni pod kotom 45 stopinj ali več glede na smer toka, čeprav je optimalen kot odvisen od premera cevi, hitrosti plina in temperature. Najvišje delovne temperature običajno znašajo okoli 650 stopinj F za standardne namestitve. Kriogene aplikacije so povsem drugačna zver.
Bottom Line
Multipath ultrazvočni merilniki pretoka so dobra tehnologija. Niso-vsiljivi, nimajo gibljivih delov, obvladujejo širok razpon pretokov in lahko dosežejo osupljivo natančnost, če so pravilno nameščeni in umerjeni.
Vendar niso varni. Več poti samodejno ne pomeni boljših rezultatov. Dobro-nameščen štiri-kanalni merilnik v pogojih dobrega pretoka bo vsakič presegel šest-kanalni merilnik, ki je nameščen na problematični lokaciji.
Razumevanje osnov-časa--merjenja leta, integracije hitrosti, vloge utežnih koeficientov-vam pomaga sprejemati boljše odločitve o tem, kdaj so ti merilniki smiselni in kako jih kar najbolje izkoristiti.
