Ultragarsinis dujų srauto matuoklis reiškia srauto matuoklį, sumontuotą ant dujotiekio, kuriame teka dujos ir kuris matuoja dujų srautą ultragarso principu. Vieno kelio ultragarsinis dujų srauto matuoklis reiškia įrenginį, turintį tik vieną akustinį kelią, o dujų ultragarso srauto matuoklis, turintis du ar daugiau akustinių takų, vadinamas kelių-takų ultragarsiniu dujų srauto matuokliu.
Kaip veikia ultragarsinis srauto matuoklis?Pagrindinis srauto greičio matavimo dujų ultragarso srauto matuokliu principas yra apskaičiuoti dujų skysčio srauto greitį, srautą, tankį ir kitus parametrus, matuojant ultragarso bangų sklidimo laiką dujinėje terpėje. Šiame skyriuje daugiausia analizuojamas tranzit
Tranzito veikimo principo analizė{0}}Laiko ultragarsinis dujų srauto matavimas
Tranzito{0}}laiko ultragarso dujų srauto-matavimo metodas yra dujų srauto-matavimo metodas, kai per tą patį dujų kelio ilgį dviejų ultragarso signalų, sklindančių pasroviui ir prieš srovę, sklidimo-laiko skirtumas naudojamas vidutiniam dujų srauto greičiui akustiniu keliu nustatyti. Kai ultragarso bangos sklinda tekančioje dujinėje terpėje, jų sklidimo greitis kinta priklausomai nuo dujų srauto greičio.
Tiksliau, ultragarso bangų sklidimo greitis kinta ta pačia kryptimi kaip ir dujų srauto greitis: didėjant dujų srauto greičiui, atitinkamai didėja ir ta pačia kryptimi sklindančios ultragarso bangos greitis; ir atvirkščiai, jei dujų srauto greitis didėja, o yra priešingas ultragarso sklidimo krypčiai, ultragarso greitis atitinkamai sumažės.
Pagrindinė ultragarsinio vamzdžio{0}}srauto jutiklio struktūra
Kaip parodyta pav Tikrasis ultragarso signalo kelias tarp siunčiančio ir priimančio keitiklių vadinamas akustiniu keliu; taigi keitiklių pora sudaro vieną akustinį kelią. Tarp keitiklių ir skystosios terpės yra išdėstyta garsą praleidžianti membrana arba akustinės bangolaidžio sienelės dalis. Viename-kelio ultragarsiniame srauto matuoklyje bangolaidžio linija tarp dviejų ultragarsinių keitiklių kerta prietaiso ašį.
Pav{0}} Tranzito{1}}laiko ultragarsinio srauto matavimo principo schema
Kaip parodyta pav
Pav
čia φ yra akustinio kelio polinkio kampas, ty kampas tarp akustinio kelio ir vamzdžio ašies. Akustinio kelio polinkio kampas taip pat yra ultragarso bangos krintimo kampas. Kritimo kampui φ įtakos turi garso greitis skystyje, taip pat garso greitis pleište ir vamzdžio -sienelės medžiagoje.
Apskritai kietose medžiagose garso greičio kitimas su temperatūra yra mažesnis nei dujinėse medžiagose. Kai temperatūros pokytis nėra didelis, galima nepaisyti pleišto ir vamzdžio sienų medžiagų įtakos matavimo tikslumui; tačiau kai temperatūros svyravimų diapazonas yra didelis, didelis garso greičio pokytis pleišto ir vamzdžio -sienelių medžiagose turi būti ištaisytas.
Keitiklio, kurio kritimo kampas yra 30 laipsnių, perdavimo koeficientas yra gana didelis, energijos nuostoliai yra maži, o reikalinga sužadinimo įtampa yra maža. Toks keitiklis tinka rankiniams ultragarsiniams debitmačiams, kuriems nėra patogu naudoti kintamosios srovės maitinimo šaltinį. Keitiklis, kurio kritimo kampas yra 45 laipsnių, turi santykinai mažą perdavimo koeficientą, tačiau gali priimti didesnį keitiklio lustą ir didesnę sužadinimo įtampą, todėl tinka fiksuotiems ultragarsiniams srauto matuokliams arba tiems, kurie gali naudoti kintamosios srovės maitinimo šaltinį.
Tranzito veikimo principas{0}}Laiko ultragarsinis dujų srauto matavimas
Tranzito{0}}laiko ultragarso dujų srauto-matavimo technologija nustato ašinį vidutinį srauto greitį Vz plokštumoje, kurią sudaro akustinis kelias ir ašis, matuojant laiko skirtumą tarp ultragarso bangų, sklindančių pasroviui ir prieš srovę dujinėje terpėje. Ultragarso bangų tranzito laikas pasroviui ir prieš srovę skiriasi. Tranzito pasroviui laikas yra:
Pav
o tranzito prieš srovę laikas yra
Pav
čia C – ultragarso bangų garso greitis stacionariame matuojamame skystyje, ty garso greitis; Vz yra vidutinis skysčio srauto greitis ašine kryptimi plokštumoje, kurią sudaro ultragarso kelias ir vamzdžio ašis, dar vadinamas tako -vidutiniu greičiu.
Kai neatsižvelgiama į garso-greičio kitimo dėl vidinės vamzdžio aplinkos įtakos, vidutinio kelio-greičio išraiška yra
Pav{0}} Kelio-vidutinio ašinio greičio išraiška
Išmatuojant ultragarso bangos perdavimo pasroviui laiką tD ir prieš srovę tU, laiko skirtumas tarp sklidimo prieš srovę ir pasroviui gaunamas kaip
Pav
Naudojant tranzito-laiko metodą, galima gauti vidutinį vieno akustinio kelio greitį-. Remiantis skirtingų akustinių takų vidutiniais greičiais ir naudojant tinkamus algoritmus, galima apskaičiuoti vidutinį greitį, statmeną visam skerspjūviui, kuris vadinamas tūrio -vidutiniu greičiu V.
Vamzdyno skysčio (tūrio) vidutinio greičio V matavimo metodas, matuojant tranzito{0}}laikų skirtumą tarp ultragarso sklidimo prieš srovę ir pasroviui, vadinamas tranzito{1}}laiko ultragarso srauto{2}}matavimo metodu. Srauto matuoklis, matuojantis vamzdyno skysčio srautą naudojant tranzito{4}}laiko ultragarsinį metodą, vadinamas tranzito-laiko ultragarsiniu srauto matuokliu.
Ryšys tarp tranzito laiko ultragarsinio srauto matuoklio-vidutinio greičio akustiniame kelyje ir tūrio{2}}vidutinio greičio dujotiekyje yra
Pav{0}} Srauto-greičio korekcijos koeficiento apibrėžimas
kur K vadinamas srauto{0}}greičio pataisos koeficientu. Srauto-greičio korekcijos koeficientas yra išvedamas iš matematinio greičio pasiskirstymo profilio modelio srauto matuoklio matavimo sekcijoje. Atsižvelgiant į dujų srauto režimą dujotiekyje, galima gauti srauto -greičio pataisos koeficientą. Taigi pagal (2.4) ir (2.6) lygtis vidutinis dujų greitis dujotiekyje yra
Pav
Tūrinį srautą galima gauti iš (2.7) lygties as
Pav. 2.8 Tūrinio srauto-greičio lygtis
kur A yra vamzdžio{0}}skerspjūvio plotas.
Kompensavus tūrinio srauto slėgį ir temperatūrą, masės srautą galima gauti kaip
. 2.9 Pav
kur Z yra dujų suspaudimo koeficientas; P0 ir P yra atitinkamai slėgio parametrai standartinėmis ir faktinėmis sąlygomis; T0 ir T yra temperatūros vertės atitinkamai standartinėmis ir faktinėmis sąlygomis; o ρ0 yra dujinės terpės tankis standartinėmis sąlygomis.
Kai gaunamas srauto greitis, galima apskaičiuoti skysčio, praeinančio per tam tikro skersmens vamzdį, tūrį per tam tikrą laikotarpį. Srauto tūris F, praeinantis vamzdžiu per 1 val., yra 79:
. 2.10 Pav
Pagrindinis kelių{0}}takų ultragarsinio dujų srauto matavimo veikimo principas
Ultragarsinius dujų srauto matuoklius galima suskirstyti į vieno{0}}kelio ir kelių{1}}takų tipus, kurie abu yra pagrįsti ultragarsinio srauto matavimo tranzito-laiko principu. Šiuo metu užsienyje tarp panašių gaminių akustinių takų gali būti net šeši. Kelių-takų ultragarso srauto matuoklyje ViV_iVi reiškia vidutinį kelio-greitį iii--ame akustiniame kelyje. Jis gaunamas išmatuojant pasroviui ir prieš srovę ultragarso perdavimo laiką, apskaičiuojant laiko skirtumą tarp jų ir apskaičiuojant vidutinį kelio greitį.
Atsižvelgiant į santykį tarp kiekvieno akustinio kelio tako-vidutinių greičių ir srauto-greičio korekcijos koeficientų, tūrio-vidutinį dujų greitį dujotiekyje galima įvertinti kaip
Pav
kur WiW_iWi yra kiekvieno akustinio kelio svorio koeficientas, o jo reikšmė priklauso nuo pasirinkto integravimo algoritmo.
Pav
Teoriškai kuo daugiau akustinių takų, tuo didesnis turėtų būti matavimo tikslumas. Tačiau praktinė patirtis parodė, kad kai akustinių takų skaičius skerspjūvyje pasiekia keturis-, tolesnis takų skaičiaus didinimas labai mažai prisideda prie tikslumo gerinimo ir žymiai padidina gamybos sąnaudas.
Veiksnių, turinčių įtakos ultragarsiniam dujų srauto matavimui, analizė
Pagal dujų ultragarsinių debitmačių srauto-greičio ir srauto-greičio skaičiavimo formules srauto greitis arba srautas yra susiję su keliais aspektais, pvz., matavimo vamzdžio geometriniais parametrais, srauto-greičio korekcijos koeficientu (arba svoriniu koeficientu) ir išmatuotomis ultragarso sklidimo laiko reikšmėmis. Šiais aspektais atliekama tokia analizė.
Srauto{0}}greičio koeficiento korekcija ir matavimo tikslumo gerinimas
Anksčiau minėtame tranzito laiko ultragarsiniame dujų srauto matuoklyje tyrimas pagrįstas idealia būsena, kai vidutinis greitis yra tolygiai paskirstytas vamzdžio skerspjūvyje. Praktinėse situacijose dėl netolygaus skysčio greičio pasiskirstymo vamzdžio skerspjūvyje greitis, gautas skaičiuojant, iš tikrųjų yra kelio-vidutinis greitis pagal ultragarso sklidimo kryptį ir ašinę kryptį, gautas iš išmatuoto ultragarso tranzito{7}}laiko skirtumo. Galutinis apskaičiuotas tūrinis srautas neišvengiamai sukels klaidų. Siekiant užtikrinti matavimo tikslumą, būtina nustatyti ryšį tarp šių dviejų ir ištaisyti tikrąjį išmatuotą greitį taikant skysčių mechanikos principus; tai yra, matuojant tūriniu debitmačiu, įvedamas srauto{11}}greičio korekcijos koeficientas K.
Dėl skysčių{0}}srauto būsenų vamzdynuose sudėtingumo, gaunami greičio pasiskirstymai taip pat yra sudėtingi. Dabartiniai tyrimai daugiausia apsiriboja greičio pasiskirstymu idealiomis sąlygomis, ty greičio pasiskirstymu esant laminariniam srautui ir visiškai išvystytam turbulentiniam srautui lygiuose vamzdžiuose. Laminarinis srautas ir turbulentinis srautas yra dvi pagrindinės skysčių srauto būsenos vamzdžiuose. Laminarinis srautas reiškia būseną, kai skysčio dalelės neturi skersinio judėjimo ir atsižvelgiama tik į ašinį judėjimą; Turbulentinis srautas reiškia būseną, kai skysčio dalelės juda ir ašiniu, ir skersiniu. Kadangi srauto charakteristikos skiriasi esant skirtingoms dujotiekio srauto būsenoms, gaunami skirtingi greičio pasiskirstymai.
Skysčio srauto charakteristikas kartu įtakoja vidutinis greitis vamzdyje, kinematinė klampumas ir vamzdžio skersmuo, o Reinoldso skaičius ReReRe yra svarbus srauto būsenos vertinimo rodiklis. Kai Re<2300Re < 2300Re<2300, the flow is laminar; when Re>4000Re > 4000Re>4000, the flow is turbulent. Re=2300Re = 2300Re=2300 is usually taken as the critical value for the transition from laminar to turbulent flow. When Re>2300Re > 2300Re>2300, skystis pradeda pereiti į turbulentinę būseną, ir ši pereinamoji sritis paprastai taip pat traktuojama kaip turbulentinis srautas.
DUK
Kas yra tranzito{0}}laiko ultragarsinis dujų srauto matuoklis?
Tranzito{0}}laiko ultragarsinis dujų srauto matuoklis matuoja dujų srautą siųsdamas ultragarso impulsus tiek pasroviui, tiek prieš srovę ir apskaičiuodamas srauto greitį pagal jų praėjimo laiko skirtumą.
Kuo skiriasi vieno{0}}takų ir kelių{1}}takų ultragarsiniai debitmačiai?
Vieno{0}}kelio srauto matuoklyje naudojama viena keitiklių pora ir vienas akustinis kelias, o kelių{1}}takų srauto matuoklis naudoja kelis akustinius kelius skirtingais aukščiais arba kampais, kad geriau užfiksuotų greičio profilį ir pagerintų tikslumą.
Kodėl reikalingas srauto{0}}greičio korekcijos koeficientas?
Kadangi greičio pasiskirstymas vamzdyje nėra visiškai vienodas, greitis, išmatuotas vienu akustiniu keliu, nėra lygus skerspjūvio vidutiniam greičiui. Koregavimo koeficientas susieja abu.
Kokie veiksniai turi įtakos ultragarso dujų srauto matavimo tikslumui?
Pagrindiniai veiksniai yra greičio profilio iškraipymas, įrengimo sąlygos, Reinoldso skaičius, dujų sudėtis ir garso greitis, temperatūros ir slėgio pokyčiai bei signalo apdorojimo klaidos.
