Ultrasonik gaz oqimi sensorlari, shuningdek, ultratovushli gaz oqimi o'lchagichlari sifatida ham tanilgan, gaz muhiti (shu jumladan tabiiy gaz, siqilgan havo va texnologik gazlar) uchun ilg'or o'lchash texnologiyasini ifodalaydi. Ushbu invaziv bo'lmagan qurilmalar{1}}suyuq muhit bilan jismoniy aloqa qilmasdan gaz oqimini o'lchash uchun ultratovush to'lqinlaridan foydalanadi va turli sanoat ilovalarida mukammal aniqlik va ishonchlilikni ta'minlaydi. Ushbu qo'llanma ultratovushli gaz oqimi sensorlarining ishlash tamoyillari, strukturaviy dizayni va amaliy qo'llanilishini o'rganadi.
Ultrasonik gaz oqimi sensori ishlash printsipi:
Ultrasonik gaz oqimi sensorlarining yadrosi gaz tezligini o'lchash uchun tovush to'lqinlaridan foydalanishdir. Asosiy usul tranzit vaqt printsipi bo'lib, bu erda ultratovush transduserlari (datchiklar) gaz oqimi orqali o'tadigan impulslarni chiqaradi. Ikkita transduser shunday joylashtirilganki, biri signallarni quyi oqimga (oqim bilan), ikkinchisi esa yuqori oqimga (oqimga qarshi) yuboradi. Ushbu yo'llar orasidagi vaqt farqi (Dt) gaz tezligiga (V) mutanosib bo'lib, quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:
Bu erda L - yo'l uzunligi va t0 - o'rtacha o'tish vaqti. Keyin hajmli oqim tezligi trubaning kesma maydoniga - ko'paytirish yo'li bilan hisoblanadi. Yana bir variant - buDoppler effekti, bu erda to'lqinlar gazdagi pufakchalar yoki zarrachalarni aks ettiradi va chastota siljishi aralashmalar bo'lgan gazlar uchun- ideal tezlikni bildiradi. Ilg'or modellar to'g'ridan-to'g'ri uzatish uchun siljish to'lqinlaridan yoki past bosimli yoki susaytiruvchi gazlarda signallarni kuchaytirish uchun quvur devorining rezonanslashiga olib keladigan Lamb to'lqinlaridan foydalanadi. Turbulent yoki assimetrik oqimlarni boshqarish uchun quvur boʻylab oʻrtacha oʻlchovlar-koʻp yoʻl konfiguratsiyasi (masalan, 4 yoki 6 yoʻl) aniqlikni oshiradi. Ushbu diagramma tasvirlangantranzit{0}}vaqtni sozlash, yuqori va quyi oqim signallari oqimga qarab qanday farqlanishini ko'rsatadi.
Koʻp kanalli-Ultrasonik gaz oqimi sensori tuzilishi
Ko'p kanalli gaz ultratovushli oqim o'lchagichlarining tarkibi asosan to'rt qismdan iborat: ultratovushli oqim o'lchagichning asosiy korpusi, bosim o'tkazgichi, aqlli harorat o'tkazgichi va oqim kompyuteri. Ultrasonik oqim o'lchagich asosan ikkita asosiy komponentdan iborat: Ulardan biri bir nechta juft ultratovush transduserlari (birlamchi asbob sifatida ham tanilgan) bilan jihozlangan o'lchash trubkasi qismidir; Ikkinchisi esa oʻlchash, oqim tezligini koʻrsatish va aloqa funksiyalariga ega signalni qayta ishlash bloki (SPU) boʻlib, odatda ikkilamchi asbob deb ataladi. Quyidagi diagrammada koʻp kanalli ultratovush qurilmasining blok diagrammasi koʻrsatilgan.
oqim o'lchagich.
Ikkilamchi asbob quvur liniyasidagi gaz bosimi va harorat sensorlariga to'g'ridan-to'g'ri ulanishi mumkin va ichki signalni konvertatsiya qilish va kompensatsiyani hisoblash orqali quvur liniyasidagi harorat va bosimning gazning hajmli oqim tezligiga kompensatsion ta'sirini yakunlash, oqim kompyuteriga tayanmasdan hajmli oqim tezligini o'lchashni mustaqil ravishda yakunlash. Bunga qo'shimcha ravishda, aqlli harorat o'tkazgich va bosim o'tkazgich orqali quvur liniyasidagi harorat va bosimning raqamli signallari ikkilamchi asbob tomonidan o'lchangan lahzali oqim tezligi va hajmli oqim tezligi qiymatlarini qoplash uchun oqim kompyuteriga ham uzatilishi mumkin.
Ko'p kanalli gaz ultratovushli oqim o'lchagichning sensor qismi asosan o'lchov quvur liniyasi qismiga tegishli va oqim sensorining tizimli tahlili asosan o'lchov quvurining ulanishi va har bir ultratovush transduserining o'rnatish taqsimlash pozitsiyalariga ishora qiladi. Oqimni o'lchash quvur liniyasi to'g'ridan-to'g'ri tashish quvur liniyasiga ulangan gardish uchlari bilan ishlab chiqilgan va ishlab chiqarilgan. 1998 yilda Amerika gaz assotsiatsiyasi tomonidan ishlab chiqilgan "Tabiiy gaz oqimini o'lchash uchun ko'p kanalli ultratovushli oqim o'lchagichlar" nomli AGA №. 9 hujjatida, tadqiqot ishi shuni ko'rsatdiki, tezlikning assimetrik taqsimoti paydo bo'lish nuqtasidan 50D gacha yoki quyi oqimda davom etadi va 02 yoki 00 dan uzoqroqda ham mavjud bo'lishi mumkin. (D - o'lchov quvurining ichki diametri).
Shuning uchun, umumiy sanoat gaz oqimini o'lchash joylarida, oqim o'lchagichni o'rnatish holati oqim tezligini o'lchashda murakkab oqim holatlarining ta'sirini hisobga olishi kerak. GB/T 18604-2023 standartiga ko'ra, ko'p kanalli gaz ultratovushli oqim o'lchagichlarini o'rnatish uchun quyidagi tavsiyalar taklif etiladi: Yuqori oqimdagi minimal tekis quvur uzunligi 10D va quyi oqimdagi minimal tekis quvur uzunligi 5D. Ushbu tavsiya faqat yuqori oqim sharoitlari nisbatan ideal bo'lganda (juda kichik vorteks intensivligi va bir oz assimetrik tezlik taqsimoti kabi) o'rnatilishi mumkin va o'lchov ehtiyojlarini qondirish uchun minimal talab sifatida ko'rib chiqilishi kerak. Quyidagi rasmda ko'rsatilganidek, ko'p kanalli gaz ultratovushli oqim o'lchagichlari ultratovush to'lqinlarining tarqalish samaradorligini hisobga olishlari kerak, o'lchov quvuriga o'rnatilgan va o'rnatilgan ultratovush transduserlarini qabul qilishlari kerak.
Quyidagi rasmda ko'p kanalli ultratovushli gaz sarf o'lchagich sensori uchun kanal sxemasining sxematik diagrammasi ko'rsatilgan bo'lib, to'rt kanalli o'zaro ultratovushli gaz oqimi o'lchagich bilan o'lchangan halqa shaklidagi quvur liniyasi tuzilishini ko'rsatadi.
4 ta kanal mos ravishda turli oqim qatlamlarida joylashgan bo'lib, kanallar y yo'nalishi bo'yicha ko'rilganda bir-birini kesib o'tadi va z yo'nalishi bo'yicha qaralganda bir-biriga parallel bo'ladi. O'lchov quvur liniyasi ish chastotasi 200-250 kHz bo'lgan ultratovushli transduserlar juftligidan tashkil topgan 4 kanalli kompozit sensordan iborat. Quvur diametri D=300 mm, va har bir kanal va eksenel yo'nalish orasidagi burchak ph 60 daraja.
Koʻp kanalli ultratovushli gaz oqimi sensori-tuzilishining qoʻllash stsenariylari
Ko'p kanalli ultratovushli gaz oqimi sensorlari gazni aniq o'lchashni talab qiladigan sohalarda hal qiluvchi ahamiyatga ega:
Neft va gaz sanoati: saqlashni o'tkazish, quvurlarni kuzatish, kompressor stantsiyalari va tabiiy gaz tizimlarida qochqinlarni aniqlash.
Kimyoviy va neft-kimyo: Qattiq muhitda texnologik gazni o'lchash.
Energiya ishlab chiqarish va ishlab chiqarish: chiqindilarni monitoring qilish, inventarizatsiyani nazorat qilish va samaradorlikni optimallashtirish.
HVAC va kommunal xizmatlar: binolarda siqilgan havo va biogaz oqimi yoki oqava suvlarni tozalash.
TSS
Savol: Ultrasonik gaz oqimi sensorlari qanchalik tez-tez kalibrlash kerak?
Javob: Ultrasonik gaz oqimi sensorlari ishga tushirishda dastlabki kalibrlashni talab qiladi, qayta kalibrlash odatda dasturning muhimligiga qarab har 2-5 yilda tavsiya etiladi. Saqlashni o'tkazish ilovalari uchun AGA-9 ettita oqim tezligida kalibrlashni tavsiya qiladi: maksimal oqimning 100%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5% va 2,5%, har bir sinov nuqtasi o'rtacha 90-300 soniyadan ko'proq. Ishlab chiqarish o'zgarishlari va quvurlarni o'rnatishdagi farqlar aniqlikka ta'sir qilishi mumkin, bu esa optimal ishlash uchun kalibrlashni zarur qiladi. Sezilarli darajada siljiydigan mexanik hisoblagichlardan farqli o'laroq, ultratovushli hisoblagichlar harakatlanuvchi qismlarga ega bo'lmagani uchun vaqt o'tishi bilan barqaror aniqlikni saqlaydi, bu esa kamroq tez-tez qayta kalibrlash oraliqlariga imkon beradi.
Savol: Dastlabki xarajat uzoq{0}}muddatli egalik qiymatiga nisbatan qancha?
Javob: Ultrasonik oqim o'lchagichlarga dastlabki investitsiyalar an'anaviy hisoblagichlardan oshib ketishi mumkin bo'lsa-da, umumiy egalik qiymati ko'pincha texnik xizmat ko'rsatishning qisqarishi, minimal ishlamay qolish vaqti va xizmat muddati uzaytirilishi tufayli past bo'ladi. Yagona ultratovushli gaz hisoblagichi ikkita parallel turbinali hisoblagichni (kichik va asosiy yuk relslarini) almashtirishi mumkin, bu esa infratuzilma xarajatlarini kamaytiradi. Ultrasonik o'lchagichlar qimmat boshlang'ich xarajatlarga ega, lekin ba'zi alternativlarga qaraganda kamroq sozlash xarajatlari, harakatlanuvchi qismlar yo'qligi sababli minimal texnik xizmat ko'rsatish. Optimallashtirilgan signalni aniqlash shovqinni pasaytirish uchun qimmat infratuzilmani yo'q qiladi va o'lchash punktlarida texnik xizmat ko'rsatish va ta'mirlash xarajatlarini kamaytirish yuqori investitsiyalarni qoplaydi. Katta{4}}diametrli ilovalar uchun versiyalardagi qisqichlar-oʻrnatish xarajatlarini sezilarli darajada tejaydi.
Savol: Qanday muntazam parvarishlash kerak va qanchalik tez-tez?
Javob: Ultrasonik gaz oqimi datchiklari kam texnik xizmat ko‘rsatish uchun mo‘ljallangan bo‘lib, odatdagi texnik xizmat ko‘rsatish, jumladan, sayt sharoitiga qarab 1{6}}6 oy oralig‘ida zond yuzini tozalash, tozalash tizimi va havo filtrlarini tekshirish va kerak bo‘lganda vaqti-vaqti bilan qayta kalibrlash. Tutun gazi ilovalari kabi changli muhitda 3-6 L/min tezlikda 0,1-0,6 MPa toza asbob havosidan foydalanadigan avtomatlashtirilgan tozalash tizimlari sensor yuzlarini toza tutadi va o‘lchovlar siljishining oldini oladi. Sensorlarni o'z joyida va bosim ostida almashtirish mumkin, plagin va o'ynatish konfiguratsiyasi yordamida va hisoblagichning ishlashiga quvur devorlaridagi aralashmalar bevosita ta'sir qilmaydi.
Savol: Ultrasonik gaz oqimi sensorlari uchun ish harorati va bosim chegaralari qanday?
Javob: Transduserlar LNG o‘lchash uchun -260 daraja F dan elektr stansiyasi ilovalari uchun 500 daraja F haroratga bardosh berish uchun ishlab chiqilgan. Zamonaviy sensorlar odatda standart ilovalar uchun -40 darajadan +170 darajagacha (-40 daraja F dan +338 daraja F) ishlaydi, maxsus yuqori haroratli versiyalari esa 150 darajadan 550 darajagacha (+302 F dan +1022 F darajagacha). Bosim diapazonlari 1 bardan 300 bargacha (14,5 dan 4350 psi) gacha, sensorlar 120 yoki 200 kHz standart chastotalarda ishlaydi. Past bosimli ilovalar uchun tovush o'tkazuvchanligi minimal gaz zichligini talab qiladi va Lamb to'lqin texnologiyasi atmosferaga yaqin bosimgacha o'lchash imkonini beradi.
