اثر نصب فلومتر اولتراسونیک

هنگام استفاده از زمان--پروازفلومتر اولتراسونیکبرای اندازه گیری دبی جریان، لازم است میانگین سرعت گازی که از لوله عبور می کند، بدانیم. در حالت ایده‌آل، جریان سنج اولتراسونیک به طور همزمان سرعت سیال را در تعداد نامتناهی از نقاط در امتداد مقطع لوله اندازه‌گیری می‌کند، سپس میانگین وزنی سرعت را برای به دست آوردن سرعت متوسط ​​حجمی سیال درون لوله محاسبه می‌کند. این اصل اندازه گیری فرض می کند که سیال در لوله تحت شرایط جریان ایده آل کار می کند. نتایج تجربی نشان می‌دهد که در یک محیط میدان جریان خوب، دقت اندازه‌گیری جریان سنج اولتراسونیک تک کانالی می‌تواند به 0.5٪ برسد.

بیشتر بیاموزید

با این حال، اگر فلومتر اولتراسونیک تک کاناله به صورت 19 بعدی در پایین دست یک خم 90 درجه نصب شود، خطای اندازه گیری از 4٪ تجاوز می کند. اگر 78D در پایین دست نصب شود، خطای اندازه گیری می تواند به 2٪ تا 2.2٪ برسد. این آزمایش‌ها نشان می‌دهند که تغییرات در میدان جریان غیر ایده‌آل تأثیر قابل‌توجهی بر دقت اندازه‌گیری دارد. حتی با وجود کانال‌های متعددی که در لوله اندازه‌گیری جریان اولتراسونیک ترتیب داده شده‌اند تا اطلاعات سرعت را در کل مقطع{10}جریان به دست آورند، اطلاعات سرعت ناقص همچنان وجود دارد و اختلافات بین نتیجه اندازه‌گیری شده و سرعت واقعی باقی خواهد ماند. تفاوت کوچک است، اما دقت اندازه گیری بسیار بهتر از یک جریان سنج اولتراسونیک تک کاناله است. این کتاب همچنین روش اندازه‌گیری چند کانالی{14}}را به عنوان محتوای تحقیق برای حل این مشکل در نظر گرفته است. بنابراین، در فرآیند توسعه دبی سنج های اولتراسونیک و استفاده از دبی سنج ها در عمل، باید به تأثیر موقعیت نصب بر میدان جریان واقعی توجه کرد و سعی کرد تا اطمینان حاصل شود که سیال در لوله زمانی که به ورودی فلومتر می رسد می تواند به طور کامل توسعه یابد.

از آنجایی که وضعیت جریان، دقت اندازه گیری و اندازه گیری جریان سنج های اولتراسونیک را تعیین می کند، و وضعیت جریان به عوامل بسیاری بستگی دارد، لازم است به دقت در نظر گرفته شود که آیا شرایط اندازه گیری الزامات طراحی را در هنگام توسعه و استفاده از کنتورهای التراسونیک برآورده می کند [21]. شرایط نصب توصیه شده این است که طول لوله مستقیم بالادست دبی سنج اولتراسونیک کمتر از 10D و طول لوله مستقیم پایین دست کمتر از 5D نباشد.

وجود اثرات نصب، دستیابی به جریان سیال پایدار را دشوار می کند. در یک طرح لوله مستقیم با جریان کاملاً توسعه یافته، مشخصات سرعت و توزیع را می توان با فرمول های تجربی نشان داد. بنابراین، تا زمانی که شرایط نصب تضمین شده باشد، الزامات دقت اندازه گیری فلومترهای اولتراسونیک را می توان به راحتی برآورده کرد، چه در آزمایشگاه و چه در یک میدان واقعی قابل مقایسه. با این حال، در محیط های صنعتی، عوامل تداخل مختلفی وجود دارد و خطای واقعی اندازه گیری فلومترهای اولتراسونیک بزرگتر از خطای اندازه گیری نامی خواهد بود! مقدار اندازه گیری شده سرعت متوسط ​​سطح V یا V در کانال لوله و مقدار محاسبه شده سرعت متوسط ​​V a در لوله هر دو دارای عدم قطعیت اندازه گیری هستند. آشفتگی به عدم قطعیت اندازه گیری Va یا V اشاره دارد. اگرچه از ضریب تصحیح سرعت K می توان برای تصحیح سرعت متوسط ​​در لوله استفاده کرد، اختلاف بین جریان واقعی و شرایط طراحی باعث خطاهای اندازه گیری قابل توجهی می شود. فلنج های جوش داده شده، برآمدگی های فلنج در نزدیکی محل نصب مبدل اولتراسونیک و پمپ ها و شیرهای نصب شده در بالادست، همگی عوامل تداخلی در میدان جریان هستند که باعث تغییرات قابل توجهی در پروفیل سرعت و در نتیجه خطاهای بزرگ در ضریب تصحیح سرعت می شوند، بنابراین اهداف و الزامات طراحی را برآورده نمی کنند.

مولفه سرعت شعاعی موجود در آشفتگی مهمترین عامل تأثیرگذار در اندازه گیری جریان اولتراسونیک است. علت اصلی مولفه سرعت شعاعی، جریان ثانویه ناشی از خمش در لوله است. هنگامی که سیال در لوله تحت شرایط خمشی جریان دارد، به دلیل نیروی گریز از مرکز، حالت جریان در حالت ناپایدار است. این مشکل ناپایداری، مشکل پایداری دین [91] نامیده می شود. خمشی که باعث مشکل پایداری دین می شود در شکل 2.5 نشان داده شده است. جریان محوری در لوله را جریان اولیه و جریان شعاعی ایجاد شده در خم را جریان ثانویه می نامند. دلیل جریان ثانویه این است که انحنای دو طرف داخلی و خارجی خم متفاوت است. هنگامی که ریز{8}}عناصر سیال به داخل حرکت می کنند، نیروی گریز از مرکز بر سطح مقطع لوله وارد می شود و میدان نیرو ایجاد می کند. این میدان نیرو، عناصر میکرو{10}سیال را برای ایجاد حرکت شعاعی هدایت می‌کند. شدت جریان ثانویه را می توان با عدد دین D نشان داد، یعنی:

در فرمول: V_omمیانگین سرعت جریان بین دو دیوار است. D قطر داخلی لوله است. u ویسکوزیته سینماتیکی است. و R شعاع خمش لوله است. هرچه سرعت جریان بیشتر باشد، شعاع خمشی R در لوله کوچکتر است و شدت جریان ثانویه تولید شده بیشتر می شود.

تاثیر اثر نصب و خطای هندسی محفظه ابزار

در میان عوامل مختلف موثر بر خطای اندازه گیری فلومترهای اولتراسونیک، مهمترین آنها اثر نصب میدان جریان و تاخیر سیگنال است. در طول توسعه و استفاده، عواملی مانند قطر لوله و زاویه آزیموت نصب نیز بر دقت اندازه‌گیری جریان تأثیر می‌گذارند. در محیط های صنعتی واقعی، به دلیل اثر نصب، جریان سیال به ندرت پایدار است و نوسانات مختلفی به ناچار در میدان جریان وجود دارد. این نوسانات بر دقت اندازه گیری جریان تأثیر می گذارد، همانطور که قبلاً تحلیل شد.

در طول فرآیند اندازه گیری، مسیر اولتراسونیک و سطح مقطع پوسته لوله فلومتر اولتراسونیک باید ثابت بماند. تغییرات دما و تنش باعث تغییرات متناظر در مقطع لوله می شود که منجر به تغییر در توزیع سرعت سیال و در نتیجه اندازه گیری سرعت نادرست می شود. خطای اندازه گیری مستقیماً با خطای سطح مقطع لوله- متناسب است. این به ویژه در مورد محیط های گازی تراکم پذیر، که در آن اثرات تغییرات دما و تنش حتی شدیدتر است، صادق است.

در طول فرآیند توسعه، چیدمان مبدل ها بر اساس قطر واقعی لوله در محل کار دشواری است. با این حال، اگر مبدل های اولتراسونیک را نتوان به طور دقیق با توجه به موقعیت قطر نصب کرد، دقت اندازه گیری جریان نیز تحت تأثیر قرار می گیرد. خطای موقعیت یابی مبدل عمدتاً بر مسیر انتشار L موج اولتراسونیک تأثیر می گذارد. علاوه بر مشکل در تعیین موقعیت نصب مبدل در طول فرآیند توسعه، اثر انبساط و انقباض حرارتی پوسته لوله اندازه‌گیری تحت تغییرات دما نیز باعث می‌شود که فاصله مبدل کمی جابجا شود و در نتیجه باعث خطای موقعیت‌یابی مبدل شود. هنگامی که در سطح داخلی دیواره لوله دبی سنج اولتراسونیک رسوباتی ایجاد می شود، سطح مقطع لوله کوچکتر می شود و در نتیجه سرعت سیال افزایش می یابد که باعث خطای اندازه گیری مقدار اندازه گیری جریان نیز می شود. مرجع [96] نشان می دهد که در یک فلومتر اولتراسونیک با قطر 300 میلی متر، اگر رسوبات ضخامت 0.4 میلی متر به سطح داخلی لوله متصل شود، خطای اندازه گیری 0.51 ± را برای فلومتر اولتراسونیک به همراه خواهد داشت.