Úthljóðsrennslismælis nákvæmni og straumhraða leiðrétting

Ef þú hefur eytt einhverjum rauntíma meðultrasonic flæðimælir, þú veist nú þegar tónhæðina: ekki-árásargjarn, engir hreyfanlegir hlutar, virkar á nánast hvað sem er. Og sjáðu, það er að mestu satt. En nákvæmni samtalið? Það er þar sem hlutirnir verða áhugaverðir-og stundum pirrandi. Vegna þess að úthljóðsmælir sem er nákvæmur í rannsóknarstofu getur hegðað sér allt öðruvísi þegar þú festir hann á alvöru leiðslu með olnbogum, hitasveiflum og hverju öðru sem ferlið þitt kastar á hann.

Þetta er ekki ætlað að fæla þig frá tækninni. Ultrasonic mælar eru enn einn besti kosturinn fyrir mörg forrit. Aðalatriðið er að skilja hvað hefur áhrif á nákvæmni þeirra og -meira mikilvægara-hvað þú getur raunverulega gert í því.

Flutnings-úthljóðsflæðismælar virka með því að senda hljóðpúlsa á milli tveggja transducers-eins uppstreymis, einn niðurstreymis. Púlsinn sem ferðast með flæðinu kemur aðeins hraðar en sá sem berst á móti honum. Sá tímamunur, við erum að tala um nanósekúndur hér, breytist í flæðishraða.

Nógu einfalt á blaði. Vandræðin byrja þegar þú áttar þig á því að hraðamælingar eiga sér stað eftir einni braut (eða kannski nokkrar brautir í flottari metrum), en það sem þér er í raun sama um ermeðaltalhraða yfir allan pípuþversnið-. Vökvinn hreyfist ekki á sama hraða alls staðar. Það er hægara nálægt veggjunum, hraðar í miðjunni. Sambandið milli þess sem mælirinn sér og þess sem er í raun að gerast veltur á einhverju sem kallast hraðasniðið-og það snið breytist með Reynoldstölu, ójöfnu pípunnar, truflunum í andstreymi og um tugi annarra þátta.

Við skulum vera hreinskilin um helstu villuvalda.

Ultrasonic Flow Meter Accuracy

Settu olnboga upp fyrir mælinn þinn og þú hefur bara búið til ósamhverft flæði. Hraðadreifingin skekkist, kannski þyrlast, og ein-vegamæling þín táknar núna... hvað nákvæmlega? Rannsóknir hafa sýnt allt að 15% villur vegna truflana í andstreymi eingöngu þegar þú gerir ekki grein fyrir þeim. Margir-vegamælar hjálpa verulega-þeir sýna hraða á nokkrum stöðum yfir þvermál pípunnar og nota vegið meðaltal-en þeir eru ekki töfrar. Mikið truflað snið getur samt reitt þá upp.

Hér er eitthvað sem kemur fólki á óvart. Lögun hraðasniðsins þíns er ekki föst-það breytist með Reynoldsnúmerinu. Við lágt rennsli (laminar regime, Re undir um 2300) færðu fleygbogasnið. Miðjuhraðinn gæti verið tvöfalt meðaltalið. Við mikið rennsli (órói, Re yfir 4000) flatnar sniðið töluvert út; miðhraði er kannski 1,1 til 1,2 sinnum meðaltal.

Hvað þýðir þetta í reynd? Leiðréttingarstuðullinn sem mælirinn þinn notar á einum flæðishraða gæti verið rangur á öðrum. Flestir framleiðendur byggja inn einhverjar bætur, en forsendurnar á bakvið það passa kannski ekki við raunveruleg skilyrði þín.

Afl-lögmálshraðasnið hafa verið notuð til að móta þetta í áratugi. Verk Nikuradse frá 1930-já, það gamla-er enn grunnur að mörgum leiðréttingaralgrímum. Snið fylgir jöfnunni u/u_max=(1 - r/R)^(1/n), þar sem n er breytilegt eftir Reynoldstölu. Þegar n er í kringum 7 ertu að horfa á frekar flatt ókyrrðarsnið. Þegar n lækkar í átt að 4 verða hlutirnir markvissari. Leiðréttingarstuðull fyrir staka miðlínuleið getur sveiflast frá 0,75 til 0,95 eftir aðstæðum.

Ultrasonic Flow Meter Accuracy

Gróf rör gera sniðið flatara. Ný slétt rör á móti tærðum gömlum getur þýtt 0,5 til 1% mun á aflestri með tímanum-og þú munt líklega ekki taka eftir því fyrr en þú veltir fyrir þér hvers vegna mælirinn þinn rak.

Þetta á skilið sinn hluta vegna þess að hitastig hefur áhrif á hljóðmælingar á þann hátt sem er ekki strax augljóst.

Í fyrsta lagi breytist hraði hljóðsins í vökvanum þínum með hitastigi. Í vatni eykst hljóðhraði um 2,4 m/s fyrir hverja hækkun á gráðu á Celsíus. Flutningstímaútreikningur mælisins gerir ráð fyrir ákveðnum hljóðhraða; misskilið og flæðilestur þinn breytist. Nútímamælar innihalda hitaskynjara og jöfnunaralgrím og þeir góðu geta dregið úr hita-villum úr 1,5% niður í um 0,2%. En ódýrari einingar með lélegum bótum? Þeir munu reika.

Í öðru lagi-og þessi er fíngerður-breytir sjálfir breyta eiginleikum með hitastigi. Rafmagnísk viðbrögð þeirra breytast. Tímasetningin þegar þeir skjóta í raun á móti þegar þeir segjast elda rekur. Ef andstreymis og downstream transducers þínir passa ekki fullkomlega saman (og þeir gera það aldrei, jafnvel frá sömu framleiðslulotu), færðu hlutdrægni sem er mismunandi eftir hitastigi. Í sumum blöðum er greint frá breytitíma tímasetningar í röðinni píkósekúndur á gráðu, sem hljómar léttvæg þar til þú manst að þú ert að mæla nanósekúndu-kvarðamun.

Í þriðja lagi stækkar rörið sjálft og dregst saman. Vegalengd breytist. Lítil áhrif, venjulega, en það safnast upp með öllu öðru.

Jæja, nóg af vandamálum. Hvað getur þú gert?

Fáðu rétta uppsetningu

Leiðinlega svarið, en það áhrifamesta. Bein pípuhlaup skipta máli. Gamla þumalputtareglan var 10-20 pípuþvermál fyrir framan mælinn, 5 niðurstreymis. Það er sanngjarnt fyrir staka-slóðamæla; multi-hönnun er fyrirgefnari en nýtur samt góðs af hreinu flæði. Ef þú getur ekki náð góðum beinum hlaupum geta flæðishreinsiefni hjálpað-slöngubúntum, götóttum plötum, hnífagerð tæki. Þeir höggva upp truflaða sniðið og gefa því tækifæri til að endurskipuleggja.

Við 2 pípuþvermál niðurstreymis frá truflun, leiddi ein rannsókn í ljós að úthljóðsmælar gætu verið slökktir um 15% með 21% óvissu. Um 10 þvermál minnkar það verulega. Með 50 þvermál ertu í grundvallaratriðum við kjöraðstæður. Flestar raunverulegar uppsetningar falla einhvers staðar á milli, þannig að hagnýta spurningin verður: hversu mikla villu þolir þú og hversu mikilli pípulengd geturðu úthlutað?

Notaðu leiðréttingarstuðla á réttan hátt

Ef þú veist Reynolds númer flæðisins þíns (og þú ættir að geta reiknað það út frá hraða, þvermál pípunnar og hreyfiseigju), geturðu notað sniðleiðréttingarstuðla. Fyrir eina þverbraut tengir leiðréttingarstuðullinn K meðalhraða-slóðar við þversniðs-meðalhraða. K er breytilegt frá kannski 0,75 í lagflæði til um það bil 0,94 í fullþroskuðu óróaflæði.

Sumir nýrri mælar gera þetta sjálfkrafa með því að nota innbyggða-algrím. Aðrir veita þér aðgang til að stilla stuðulinn handvirkt. Enn aðrir gera ráð fyrir föstu gildi sem er "nógu nálægt" fyrir væntanlegt rekstrarsvið þeirra. Vita hvaða tegund þú ert með.

Fyrir truflað flæði þar sem sniðið er ósamhverft, hafa verið þróaðir hlutdrægir-leiðréttingarmargfaldarar. Þau eru háð tegund truflunar (einn olnbogi, tvöfaldur olnbogi út-úr-plani, loki osfrv.) og fjarlægð frá honum. Þetta eru ekki fullkomin-þeir eru byggðir á meðaltali tilraunagagna-en með því að beita þeim slær ekki vandamálið framhjá.

Margar-leiðarstillingar

Að fara úr einni úthljóðsleið í fjögur eða fimm eykur nákvæmni verulega við raunverulegar aðstæður. Slóðirnar eru staðsettar í ákveðinni fjarlægð frá miðju pípunnar, vegnar í samræmi við samþættingarkerfi (Gaussian ferningur og svipaðar aðferðir) sem nálgast raunverulegt meðaltal meðal{{1} þversniðs.

British Gas lagði til 4-vega rúmfræði á sínum tíma sem varð almennt notað í umsóknum um gæsluvarðhald. Það nær nákvæmni innan 0,2% af raunverulegu flæði óháð stefnu sniðs-að minnsta kosti þegar sniðið fylgir væntanlegu mynstri. Berðu það saman við einbrautarmæla sem gætu sveiflast um 1,4% bara frá því að snúa mæliplaninu miðað við truflun. Mikill munur fyrir skattamælingar.

Margir-vegamælar veita einnig innbyggða-greiningu. Þú getur borið saman hraða frá mismunandi leiðum. Ef leiðarhraði passar ekki í væntanlegum hlutföllum, þá er eitthvað athugavert við flæðissniðið og þú veist að kanna.

Hitabætur gert rétt

Ekki treysta á einn hitaskynjara langt frá mælipunktinum. Mældu hitastig við eða nálægt transducerunum. Notaðu mældan hitastig til að reikna út hljóðhraða ef mælirinn þinn gerir það ekki sjálfkrafa. Fyrir vökva með þekkta eiginleika eru til töflur; fyrir sérsniðna vökva gætirðu þurft persónulýsingargögn.

Fyrir notkun með mikilli-nákvæmni, tekur transducer bætur meira þátt. Aðferðin felur í sér að mæla sveiflutímabil móttekinna merkja og nota bæði tímabil og hitastig sem inntak til tveggja-punkta línulegrar uppbótarreiknings. Það hljómar flókið vegna þess að það er það, en IC framleiðendur hafa byrjað að byggja þetta upp í sérstakan tíma-til-stafrænna breytikubba.

Klemdu-Á sérstökum málum

Klemma-á metrum bætir við öðru flóknu lagi: pípuveggnum. Hljóð berst í gegnum vegginn, brotnar við tengi og tekur upp tafir. Nákvæmar veggþykktarmælingar eru mikilvægar-notaðu sérstakan þykktarmæli, hornrétt á yfirborðið, með tengigeli. Tæringu eða hreisturútfellingar kasta af sér bæði veggþykkt og innra þvermál. Í 2016 rannsókn sem prófaði níu flytjanlegar klemmur-á mælum fann meðaltalsvillur frá -12,8% til +1.2%, þar sem flæði var vanmetið. Átta af níu metrum lesa lágt.

Flutningstímamunurinn sem þú ert að reyna að mæla gæti verið tugir nanósekúndna. Til að vinna það úr hávaðasömum merkjum þarf góða reiknirit.

Núll-krossgreining er hefðbundin aðferð: finndu hvar móttekna bylgjulögunin fer yfir núll amplitude, notaðu þá tímasetningu. Einfalt og hratt, en viðkvæmt fyrir hávaða og sveiflubreytingum.

Kross-fylgni býður upp á betra ónæmi fyrir hávaða. Það ber saman allt andstreymis og niðurstreymisbylgjuformið og finnur tímafærsluna sem hámarkar fylgni þeirra. Stærðfræðin er þyngri, en FPGA höndlar það auðveldlega núna. Sumar útfærslur ná undir-nanssekúnduupplausn.

Nýlega hafa djúpnámsaðferðir sýnt loforð um flæðismat við flóknar aðstæður. Þjálfa taugakerfi á CFD-hermaflæðissviðum og samsvarandi úthljóðsmerkjum þeirra; láttu það læra þau mynstur sem menn gætu saknað. Enn tilraunaverkefni í verslunarvörum, en fræðiritin eru uppörvandi.

Ultrasonic Flow Meter Accuracy

Verksmiðjukvörðun notar kjöraðstæður: langar beinar rör, stöðugt flæði, þekktur vökvi, stjórnað hitastigi. Uppsetningin þín hefur ekkert af þessu. Það gerir kvörðunina ekki gagnslausa, en það þýðir að uppgefin nákvæmni (oft ±0,5% til ±1% af lestri) táknar bestu-afköst.

Kvörðun á-stað eða staðfesting á viðmiðunarmæli hjálpar til við að koma á raunverulegum-heimsframmistöðu. Coriolis mælar eru frábærar tilvísanir ef þú getur sett upp einn; þau eru ónæm fyrir flestum prófíláhrifum sem trufla ultrasonics. Sumar aðgerðir nota úthljóðsmæli með verulega meiri nákvæmni (meiri slóðir, betri vinnsla) til að athuga vinnuhestaeiningar.

Kvörðun á mörgum flæðishraða yfir væntanlegu rekstrarsviði þínu er fyrirhafnarinnar virði. Mælirinn gæti verið spottinn-með 50% afkastagetu en rekur í 10% eða 90%. Fáðu gagnapunkta, settu leiðréttingarferil ef þörf krefur.

Heiðarlegt tal: stundum er önnur metratækni skynsamlegri. Ef þú þarft 0,1% nákvæmni og hefur efni á kostnaðinum, vinna Coriolis metrar. Þeir mæla massaflæði beint, hunsa hraðasnið og eru að mestu óháð hitastigi. Gallinn er verð, stærð og þrýstingsfall-en fyrir vörsluflutning á-verðmætum vörum borga þeir fyrir sig.

Fyrir leiðandi vökva með mjög truflað flæði gætu segulflæðismælar verið betri en úthljóðsmælingar. Þeir eru ónæmir fyrir lögun sniðs svo framarlega sem sniðið er ásasamhverft (sem olnbogar og lokar geta truflað, en minna alvarlega en með ómskoðun).

En fyrir stórar pípur, gasnotkun, endurbætur þar sem ekki er hægt að skera pípuna eða aðstæður þar sem þrýstingsfall er óviðunandi-úthljóð eru oft eini hagnýti kosturinn. Þekkja takmörk þeirra og vinna í kringum þau.

Nákvæmni úthljóðsrennslismælis í hinum raunverulega heimi veltur á því að skilja bilið á milli rannsóknarstofuaðstæðna og raunverulegrar uppsetningar þinnar. Áhrif hraðaprófíls, hitastigsbreytingar, eiginleika transducer, pípuskilyrði-það stuðla allt að. Uppgefin nákvæmni ±1% gæti orðið ±3% eða verri ef þú hunsar þessa þætti.

Góðu fréttirnar: Flest þessara mála hafa þekktar lausnir eða að minnsta kosti þekktar lausnir. Rétt uppsetningaraðferðir, viðeigandi leiðréttingarstuðlar, góð hitastigsuppbót, fjöl-hönnun þar sem fjárhagsáætlun leyfir og raunhæf kvörðun við raunverulegar aðstæður geta fært raunverulegan-heimsframmistöðu mun nær fræðilegum mörkum.

Treystu ekki forskriftarblaðinu í blindni. Skildu hvað hefur áhrif á mælinn þinn, mæltu það sem þú getur, leiðréttu fyrir það sem þú veist og haltu viðeigandi óvissumörkum fyrir það sem enn er óþekkt. Þetta er ekki svartsýni-það er mælifræði.

Og ef einhver spyr hvort úthljóðsmælirinn þinn sé nákvæmur er heiðarlega svarið: það fer eftir því. En nú veistu á hverju.