Ultrasonik oqim o'lchagichning aniqligi va oqim tezligini tuzatish

Agar siz bilan real vaqt o'tkazgan bo'lsangizultratovushli oqim o'lchagichlar, siz ovoz balandligini allaqachon bilasiz: invaziv bo'lmagan, harakatlanuvchi qismlarsiz-deyarli hamma narsada ishlaydi. Va qarang, bu asosan to'g'ri. Ammo suhbatning aniqligi? Bu yerda ishlar qiziqarli-va vaqti-vaqti bilan asabiylashadi. Chunki laboratoriyada aniq bo'lgan ultratovushli o'lchagich, uni tirsaklar, haroratning o'zgarishi va jarayoningiz unga olib keladigan boshqa narsalar bilan haqiqiy quvur liniyasiga mahkamlaganingizda butunlay boshqacha harakat qilishi mumkin.

Bu sizni texnologiyadan qo'rqitish uchun mo'ljallanmagan. Ultrasonik hisoblagichlar ko'plab ilovalar uchun eng yaxshi variantlardan biri bo'lib qolmoqda. Gap ularning aniqligiga nima ta'sir qilishini tushunish va-bundan ham muhimi{3}}bu borada nima qila olishingizni tushunishdir.

Transit{0}}vaqt ultratovushli oqim o'lchagichlari ikkita transduser o'rtasida akustik impulslar yuborish orqali ishlaydi-biri yuqoriga, biri quyi oqimga. Oqim bilan birga yuradigan puls unga qarshi kurashayotgan pulsga qaraganda bir oz tezroq keladi. Bu vaqt farqi, biz nanosekundlar haqida gapiramiz, oqim tezligiga aylanadi.

Qog'ozda juda oddiy. Muammo tezlikni o'lchash bir yo'l bo'ylab (yoki bir necha metrlarda bir necha yo'llarda) sodir bo'lishini tushunganingizda boshlanadi, lekin siz haqiqatan ham qiziqtiradigan narsadir.o'rtachabutun quvur kesma-bo‘ylab tezlik. Suyuqlik hamma joyda bir xil tezlikda harakat qilmaydi. Devor yaqinida sekinroq, o'rtada tezroq. Hisoblagich ko'rgan narsa va aslida nima sodir bo'layotgani o'rtasidagi bog'liqlik tezlik profili- deb ataladigan narsaga bog'liq bo'lib, bu profil Reynolds soni, quvurlarning pürüzlülüğü, yuqori oqimdagi buzilishlar va o'nga yaqin boshqa omillar bilan o'zgaradi.

Keling, xatoning asosiy manbalari haqida ochiq gapiraylik.

Ultrasonic Flow Meter Accuracy

Tirsakni hisoblagichingizdan yuqoriga qo'ying va siz hozirgina assimetrik oqim yaratdingiz. Tezlik taqsimoti chayqaladi, aylanyapti va bir{1}}yo‘l o‘lchovi endi... aniq nimani anglatadi? Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, agar siz ularni hisobga olmasangiz, faqat yuqori oqimdagi buzilishlardan 15% gacha xatolar bor. Ko'p{5}}yo'l o'lchagichlar-trubaning diametri bo'ylab bir nechta nuqtalarda tezlikni tanlab olishda va o'rtacha og'irlikdan-foydalanishda muhim yordam beradi, lekin ular sehrli emas. Yomon buzilgan profil hali ham ularni qo'zg'atishi mumkin.

Mana, odamlarni ehtiyotsizlikka tushiradigan narsa. Tezlik profilingiz shakli aniq emas-u Reynolds raqami bilan oʻzgaradi. Past oqimlarda (laminar rejim, Re taxminan 2300 dan past), siz parabolik profilga ega bo'lasiz. Markaziy tezlik o'rtacha ikki baravar bo'lishi mumkin. Yuqori oqimlarda (turbulent, Re 4000 dan yuqori) profil sezilarli darajada tekislanadi; markaz tezligi o'rtacha 1,1 dan 1,2 martagacha.

Bu amalda nimani anglatadi? Hisoblagichingiz bir oqim tezligida qo'llaydigan tuzatish koeffitsienti boshqasida noto'g'ri bo'lishi mumkin. Aksariyat ishlab chiqaruvchilar ba'zi kompensatsiyalarni quradilar, ammo uning orqasidagi taxminlar sizning haqiqiy sharoitingizga mos kelmasligi mumkin.

Quvvat-qonun tezligi profillari buni modellashtirish uchun oʻnlab yillar davomida ishlatilgan. Nikuradsening 1930-yillardagi ishi-ha, oʻsha eski-hali ham koʻplab tuzatish algoritmlari uchun asos boʻlib kelmoqda. Profil u/u_max=(1 - r/R)^(1/n) tenglamasiga amal qiladi, bu erda n Reynolds soniga qarab o'zgaradi. Agar n 7 atrofida bo'lsa, siz juda tekis turbulent profilga qaraysiz. n 4 ga tushganda, narsalar yanada aniqroq bo'ladi. Yagona markaz chizig'i uchun tuzatish koeffitsienti shartlarga qarab 0,75 dan 0,95 gacha o'zgarishi mumkin.

Ultrasonic Flow Meter Accuracy

Qo'pol quvurlar profilni tekisroq qiladi. Yangi silliq quvurlar va korroziyaga uchragan eski quvurlar vaqt o'tishi bilan ko'rsatkichlarda 0,5 dan 1% gacha farqni bildirishi mumkin-va siz hisoblagichingiz nima uchun o'zgarib ketganiga hayron bo'lmaguningizcha buni sezmaysiz.

Bu o'ziga xos bo'limga loyiqdir, chunki harorat ultratovush o'lchoviga darhol aniq bo'lmagan tarzda ta'sir qiladi.

Birinchidan, suyuqlikdagi tovush tezligi harorat bilan o'zgaradi. Suvda tovush tezligi Selsiy bo'yicha har bir darajaga ko'tarilganda taxminan 2,4 m/s ortadi. Hisoblagichning o'tish vaqtini hisoblash ma'lum bir tovush tezligini nazarda tutadi; noto'g'ri qabul qiling va sizning oqim o'qishingiz o'zgaradi. Zamonaviy hisoblagichlar harorat sensorlari va kompensatsiya algoritmlarini o'z ichiga oladi va yaxshilari harorat tufayli kelib chiqadigan xatolarni -1,5% dan 0,2% gacha kamaytirishi mumkin. Lekin yomon kompensatsiya bilan arzonroq birliklar? Ular aylanib yurishadi.

Ikkinchidan{0}}va bu nozik-transduserlarning o'zlari haroratga qarab xususiyatlarni o'zgartiradilar. Ularning elektromexanik reaktsiyasi o'zgaradi. Ular haqiqatda o't o'chirish vaqti va ular o't o'chirishga da'vo qilgan vaqtlari. Agar sizning yuqori va quyi oqim transduserlaringiz mukammal mos kelmasa (va ular hech qachon, hatto bir xil ishlab chiqarish partiyasidan ham mos kelmasa), siz haroratga qarab o'zgarib turadigan moyillikka ega bo'lasiz. Ba'zi maqolalarda transduser vaqtining gradus uchun pikosekundlar tartibida siljishi haqida xabar berilgan, bu siz nanosoniya{6}}miqyosidagi farqlarni o'lchayotganingizni eslamaguningizcha ahamiyatsiz bo'lib tuyuladi.

Uchinchidan, quvurning o'zi kengayadi va qisqaradi. Yo'l uzunligi o'zgaradi. Odatda kichik ta'sir, lekin u hamma narsa bilan birga to'planadi.

Mayli, muammolar yetarli. Nima qila olasiz?

O'rnatishingizni to'g'ri qiling

Zerikarli javob, lekin eng ta'sirli. To'g'ridan-to'g'ri quvur materiya. Qadimgi qoida hisoblagichdan yuqorida 10-20 trubka diametri, quyi oqimda esa 5 ta quvur diametri edi. Bu bitta yoʻl{6}}metrlar uchun oʻrinli; ko'p-yo'l dizaynlari ko'proq kechirimli, ammo toza oqimdan foyda oladi. Agar siz yaxshi tekis yugurishga erisha olmasangiz, oqim konditsionerlari-naychalar, teshilgan plitalar va qanotli qurilmalarga yordam beradi. Ular buzilgan profilni kesib tashlashadi va uni qayta tashkil qilish imkoniyatini berishadi.

Bezovtalikdan quyi oqimdagi 2 quvur diametrida bir tadqiqot ultratovush hisoblagichlari 21% noaniqlik bilan 15% ga o'chirilishi mumkinligini aniqladi. 10 diametrga, bu keskin qisqaradi. 50 diametrga kelib, siz asosan ideal sharoitdasiz. Haqiqiy o'rnatishlarning ko'pchiligi o'rtasida bir joyga tushadi, shuning uchun amaliy savol tug'iladi: qancha xatoga toqat qila olasiz va qancha quvur uzunligini ajrata olasiz?

Tuzatish omillarini to'g'ri qo'llang

Agar siz oqimingizning Reynolds raqamini bilsangiz (va siz uni tezlik, quvur diametri va kinematik yopishqoqlikdan hisoblashingiz kerak), siz profilni tuzatish omillarini qo'llashingiz mumkin. Yagona diametrli yo‘l uchun tuzatish koeffitsienti K yo‘l-o‘rtacha tezlikni kesma-o‘rtacha tezlik bilan bog‘laydi. K laminar oqimda 0,75 dan to'liq rivojlangan turbulent oqimda taxminan 0,94 gacha o'zgarib turadi.

Ba'zi yangi hisoblagichlar buni o'rnatilgan{0}}algoritmlar yordamida avtomatik ravishda bajaradi. Boshqalar faktorni qo'lda sozlash imkonini beradi. Boshqalar esa kutilgan ish diapazoni uchun "etarlicha yaqin" bo'lgan sobit qiymatni qabul qiladilar. Qaysi turingiz borligini biling.

Profil assimetrik bo'lgan bezovtalangan oqimlar uchun -to'g'rilash ko'paytirgichlari ishlab chiqilgan. Ular buzilish turiga (bitta tirsak, ikki tirsak{2}}samolyotdan-chiqish, vana va boshqalar) va undan masofaga bog'liq. Bular mukammal emas-ular oʻrtacha eksperimental maʼlumotlarga asoslanadi-lekin ularni qoʻllash muammoni eʼtiborsiz qoldirib ketadi.

Koʻp-yoʻl konfiguratsiyasi

Bir ultratovush yo'lidan to'rt yoki beshga o'tish real sharoitlarda aniqlikni sezilarli darajada yaxshilaydi. Yo'llar quvur markazidan ma'lum masofalarda joylashgan bo'lib, integratsiya sxemalari (Gauss kvadraturasi va shunga o'xshash usullar) bo'yicha o'lchanadi, ular haqiqiy kesmaning o'rtacha qiymatini taxmin qiladi.

British Gas 4-yo'l geometriyasini o'sha kunlarda taklif qilgan va u qamoqqa olish uchun qo'llanmalarda keng qo'llanilgan. U profil yoʻnalishidan qatʼi nazar, haqiqiy oqimning 0,2% ichida aniqlikka erishadi-hech boʻlmaganda profil kutilgan naqshlarga amal qilganda. Buni bir yo‘lli o‘lchagichlar bilan solishtiring, ular faqat o‘lchov tekisligini buzilishga nisbatan aylantirish natijasida 1,4% tebranishi mumkin. Fiskal o'lchash uchun katta farq.

Ko'p{0}}yo'l o'lchagichlar o'rnatilgan-diagnostikani ham ta'minlaydi. Turli yo'llardagi tezliklarni solishtirishingiz mumkin. Agar yo'l tezligi kutilgan nisbatlarga to'g'ri kelmasa, oqim profilida nimadir noto'g'ri va siz tekshirishni bilasiz.

Haroratni qoplash to'g'ri bajarildi

O'lchov nuqtasidan uzoqda joylashgan bitta harorat sensoriga tayanmang. Transduserlarda yoki ularning yonida haroratni o'lchash. Agar hisoblagichingiz buni avtomatik ravishda bajarmasa, ovoz tezligini hisoblash uchun o'lchangan haroratdan foydalaning. Xususiyatlari ma'lum bo'lgan suyuqliklar uchun jadvallar mavjud; maxsus suyuqliklar uchun sizga xarakteristikalar ma'lumotlari kerak bo'lishi mumkin.

Yuqori{0}}aniqlikdagi ilovalar uchun transduser kompensatsiyasi ko'proq ishtirok etadi. Yondashuv qabul qilingan signallarning tebranish davrini o'lchash va ikki nuqtali chiziqli kompensatsiya algoritmiga kirish sifatida davr va haroratdan foydalanishni o'z ichiga oladi. Bu juda murakkab tuyuladi, lekin IC ishlab chiqaruvchilari buni raqamli konvertor chiplariga--alohida ajratishga kirishdilar.

Qisqich-Muayyan masalalarda

Metrlardagi qisqichlar{0}}yana murakkablik qatlamini qo'shing: quvur devori. Ovoz devor orqali o'tadi, interfeyslarda sinadi va kechikishlarni oladi. Devor qalinligini toʻgʻri oʻlchash juda muhim{3}}alohida, sirtga perpendikulyar, biriktiruvchi jel bilan qalinlik oʻlchagichdan foydalaning. Korroziya yoki shkala konlari devor qalinligi va ichki diametrini ham yo'qotadi. 2016-yilda to‘qqizta ko‘chma qisqichni{7}}hisoblagichlarda sinovdan o‘tkazgan tadqiqotda o‘rtacha xatoliklar -12,8% dan +1.2% gacha, eng kam baholangan oqim bilan aniqlangan. To'qqiz metrdan sakkiztasi past o'qiladi.

Siz oʻlchamoqchi boʻlgan tranzit vaqti farqi oʻnlab nanosoniyalar boʻlishi mumkin. Buni shovqinli signallardan ajratib olish yaxshi algoritmlarni talab qiladi.

Nol{0}}oʻtishni aniqlash anʼanaviy usuldir: qabul qilingan toʻlqin shakli nol amplitudani kesib oʻtgan joyni toping, shu vaqtdan foydalaning. Oddiy va tez, lekin shovqin va amplituda o'zgarishlariga sezgir.

Oʻzaro{0}}korrelyatsiya shovqinga yaxshi qarshilik koʻrsatadi. U butun yuqori va quyi oqim to'lqin shakllarini taqqoslaydi, ularning korrelyatsiyasini maksimal darajada oshiradigan vaqt almashinuvini topadi. Matematika og'irroq, ammo FPGA hozir uni osonlikcha boshqaradi. Ba'zi ilovalar sub-nanosekundlik piksellar soniga erishadi.

Yaqinda chuqur o'rganish yondashuvlari murakkab sharoitlarda oqim tezligini baholash uchun va'da berdi. Neyron tarmoqni CFD-simulyatsiya qilingan oqim maydonlari va ularga mos keladigan ultratovush imzolariga o'rgating; odamlar sog'inishi mumkin bo'lgan naqshlarni o'rgansin. Hali ham tijorat mahsulotlarida eksperimental, ammo akademik maqolalar dalda beruvchi.

Ultrasonic Flow Meter Accuracy

Zavod kalibrlash ideal sharoitlardan foydalanadi: uzun tekis quvurlar, barqaror oqim, ma'lum suyuqliklar, boshqariladigan harorat. Sizning o'rnatishingizda bularning hech biri yo'q. Bu kalibrlashni befoyda qilmaydi, lekin bu ko'rsatilgan aniqlik (ko'pincha o'qishning ±0,5% dan ±1%) eng yaxshi-ish ko'rsatkichini bildiradi.

In{0}}situ kalibrlash yoki mos yozuvlar oʻlchagich bilan tekshirish haqiqiy-dunyodagi samaradorlikni aniqlashga yordam beradi. Agar siz o'rnatishingiz mumkin bo'lsa, Coriolis hisoblagichlari juda yaxshi mos yozuvlar qiladi; Ular ultratovushni bezovta qiladigan ko'pgina profil effektlariga qarshi immunitetga ega. Ba'zi operatsiyalarda ishchi kuchi birliklarini tekshirish uchun sezilarli darajada yuqori aniqlikdagi (ko'proq yo'llar, yaxshi ishlov berish) asosiy ultratovush o'lchagich ishlatiladi.

Kutilayotgan ish diapazonida bir nechta oqim tezligida kalibrlash kuchga arziydi. Hisoblagich 50% quvvatga-yoqilgan bo'lishi mumkin, lekin 10% yoki 90% da drift bo'lishi mumkin. Ma'lumotlar nuqtalarini oling, agar kerak bo'lsa, tuzatish egri chizig'ini joylashtiring.

Halol suhbat: ba'zida boshqa hisoblagich texnologiyasi mantiqiyroq. Agar sizga 0,1% aniqlik kerak bo'lsa va narxni ko'tara olsangiz, Coriolis hisoblagichlari g'alaba qozonadi. Ular to'g'ridan-to'g'ri massa oqimini o'lchaydilar, tezlik profillarini e'tiborsiz qoldiradilar va haroratga asosan ta'sir qilmaydi. Salbiy tomoni - bu narx, o'lcham va bosimning pasayishi-lekin yuqori{5}}qiymatli mahsulotlarni saqlash uchun o'tkazish uchun ular o'zlari uchun to'laydilar.

Yuqori darajada buzilgan oqimga ega Supero'tkazuvchilar suyuqliklar uchun magnit oqim o'lchagichlar ultratovushdan ustun bo'lishi mumkin. Agar profil eksensimetrik bo'lsa, ular profil shakliga befarq bo'ladi (tirsaklar va klapanlar buzishi mumkin, ammo ultratovushga qaraganda kamroq jiddiy).

Ammo katta quvurlar, gaz ilovalari, quvurni kesib bo'lmaydigan qayta jihozlash yoki bosimning pasayishi qabul qilinishi mumkin bo'lmagan holatlar-ultratovush ko'pincha yagona amaliy variant bo'lib qoladi. Ularning cheklovlarini bilib oling va ular atrofida harakat qiling.

Haqiqiy dunyoda ultratovushli oqim o'lchagichning aniqligi laboratoriya sharoitlari va sizning haqiqiy o'rnatishingiz o'rtasidagi bo'shliqni tushunishga bog'liq. Tezlik profili effektlari, harorat oʻzgarishi, oʻtkazgich xususiyatlari, quvur sharoitlari-ularning barchasi hissa qoʻshadi. Agar siz ushbu omillarni e'tiborsiz qoldirsangiz, ±1% aniqligi ±3% yoki undan ham yomonroq bo'lishi mumkin.

Yaxshi xabar: bu muammolarning aksariyatida ma'lum echimlar yoki hech bo'lmaganda ma'lum vaqtinchalik echimlar mavjud. To'g'ri o'rnatish amaliyoti, mos tuzatish omillari, yaxshi harorat kompensatsiyasi, byudjet ruxsat bergan-ko'p yo'l dizaynlari va haqiqiy sharoitlarda real kalibrlash haqiqiy{2}}dunyodagi ishlashni nazariy chegaralarga ancha yaqinlashtirishi mumkin.

Texnik varaqlarga ko'r-ko'rona ishonmang. Hisoblagichingizga nima ta'sir qilishini tushuning, qo'lingizdan kelganini o'lchang, bilganingizni to'g'irlang va noma'lum bo'lgan narsalar uchun tegishli noaniqlik chegaralarini saqlang. Bu pessimizm emas-bu metrologiya.

Va agar kimdir sizning ultratovush o'lchagichingiz to'g'ri yoki yo'qligini so'rasa, halol javob: bu bog'liq. Ammo endi nima haqida bilasiz.