Íultrasonic flæðismæling, vökvahraðagögn eru fengin úr útbreiðslueiginleikum hljóðbylgna sem ferðast í gegnum miðilinn -hvort sem það er vökvi eða gas sem er bundið í pípuhluta. Úthljóðsrennslismælireglan byggir í grundvallaratriðum á því að mæla flutningstímabreytingar eða tíðnibreytingar sem eiga sér stað þegar hljóðbylgjur hafa samskipti við vökva á hreyfingu. Merkjamyndun, sendingargæði og bergmálsmóttaka ákvarða sameiginlega hvort tækið skilar nákvæmum mælikvarða eða kynnir kerfisbundnar villur inn í mælingarkeðjuna.
Uppgötvun flutningstíma og merkjavinnsluáskorunin
Flutningstímaaðferðin er áfram ríkjandi nálgun í nútíma hönnun ultrasonic flæðimælis. Þegar iðkendur kynnast þessari tækni fyrst, vanmeta þeir oft hversu miklu merki vinnslan skiptir máli. Hrá bergmálsmerki frá piezoelectric transducers berast ekki sem hreinir sinusoids-þau bera með sér hávaða, amplitude breytileika og fasabjögun sem þarf að meðhöndla áður en marktækur flæðisútreikningur getur átt sér stað.
Árið 1981 gáfu Sanderson og Hemp út grunnvinnu um merkjagreiningaraðferðir fyrir flutnings-úthljóðsrennslismæla. Framlag þeirra greindi á milli tíma-léns og tíðni-lénsvinnsluaðferða. Tíma-lénsaðferðir nota venjulega staka-púlssendingu og rekja sérstakar bylgjulögunareiginleika-yfirleitt núll-þverunarpunkta eða þröskuldskalla. Tíðni{11}}lénsaðferðir skoða litrófsefni í staðinn. Hver hefur málamiðlanir sem eru ekki strax augljósar fyrr en þú hefur tekist á við raunverulegar uppsetningar á vettvangi.
Sambandið milli úthljóðspúlstímabils og hljóðhraða, ásamt því hvernig bylgjulengd mælist með hljóðhraða, ákvarðar hvaða vinnsluaðferð er skynsamleg. Í einstökum-tíma tímakerfum sendir mælirinn straum, bíður eftir móttöku og áætlar síðan komutíma. Nógu einfalt í orði. Raunveruleikinn felur í sér að bera kennsl á hvaða hluti mótteknu bylgjuformsins samsvarar „réttum“ flutningstíma-og það er þar sem núll-þverunarskynjun kemur inn í myndina.
Núll-Krossaðferðir og hagnýtar takmarkanir þeirra
Núll-skilgreining setur spennuþröskuld; þegar bergmálsmerkið fer yfir þetta stig kveikir kerfið á tímasetningu og mælir í kjölfarið augnablikið þegar bylgjuformið fer yfir núllið. Þessi aðferð hefur verið hefðbundin venja í áratugi. Þröskuldsspennan kemur á fót viðmiðun sem móttekna bylgjuformið er borið saman við, þar sem fyrsta núll-gangurinn eftir þröskuldsbrot merkir "stopp" atburðinn fyrir tímatökurásina.
Þetta fyrirbæri er sýnt í flestum skýringarmyndum í tæknibókmenntum-sveiflu bergmálshjúp þar sem númeraðir toppar (merktir 1, 2, 3, 4) eru hugsanlega núll-þverun. Valið á því hvaða núll-á að nota er ekki handahófskennt. Þú þarft að sýna fram á endurtekningarnákvæmni mælinga þinna, en sveiflur í amplitude merkja geta valdið því að fyrsti toppurinn sem fer yfir þröskuld breytist, sem leiðir til áhyggjuefnis „sleppingar í hringrás“ fyrirbæri-þar sem mældur útbreiðslutími sleppir heila bylgjulotu.
Hægt er að rekja marga núll-þverunarpunkta til að bæta styrkleika. Sum tæki bera kennsl á nokkrar þveranir og nota samræmispróf til að hafna frávikum. Þetta bætir við útreikningskostnaði en dregur verulega úr næmi fyrir amplitude-tímaskekkjum.
TheUltrasonic flæðimælir vinnureglaverður töluvert flóknara þegar um er að ræða gasnotkun frekar en vökva. Gas hefur um það bil þrjár stærðargráður lægri hljóðviðnám miðað við fljótandi miðla. Merkjadeyfing er mikil. Þar sem vökva-tengdur transducer gæti fengið millivolta-bergmál sem krefjast hóflegrar mögnunar, krefjast gasmælingar oft ávinning sem fer yfir 60dB bara til að leysa móttekinn púls frá bakgrunnshávaða.
Gasflæðismæling: Allt öðruvísi dýr
Mæling gasflæðis með úthljóðsflutnings-tímatækni felur í sér áskoranir sem fljótandi forrit standast einfaldlega ekki. Hljóðtengingin milli breytisins og miðilsins rýrnar verulega með loftkenndum miðli. Hljóðhraði í gasi er mjög breytilegur eftir samsetningu, þrýstingi og hitastigi -mun meira en í vökva þar sem breytileikinn gæti verið nokkur prósent.
Hugleiddu hvað gerist í gasdreifingarneti. Sama pípa, sami úthljóðmælisbúnaður, en þrýstingur sveiflast með eftirspurn. Hver þrýstingsbreyting breytir hljóðviðnáminu, breytir mótteknu merkisviðinu, veldur hugsanlega því að þröskulds-bundin tímasetningarkerfi festist á mismunandi núll-þverunarpunkta. Rennslislestur sem myndast svífur jafnvel þótt raunverulegt rúmmálsflæði haldist stöðugt.
Órói eykur þessi vandamál. Við hærri Reynolds tölur verða hraðasnið sífellt ó-jafnari yfir þversnið pípunnar. Flutningstímamunurinn sem úthljóðsmælir mælir táknar leið-meðalhraða-ekki hinn sanna meðalhraða sem þú færð með því að samþætta allt flæðisvæðið. Leiðréttingarstuðlar (prófílsbætur) skýra þetta misræmi, en þeir gera ráð fyrir tiltölulega vel-flæðisskilyrðum. Henda inn ósamhverfum inntakstruflunum eða þyrlast, og þessir leiðréttingarstuðlar verða óáreiðanlegri.
AGC-sjálfvirk ávinningsstýring-hringrásir reyna að staðla bergmálsstærð óháð því hversu mikið merkið dekkist við útbreiðslu. Þegar AGC-stig tækisins virkar rétt, trufla sveiflubreytingar frá flæðis-framleiddri leiðbreytingu, hitastigi-tengdum hljóðeiginleikum eða hægfara niðurbroti transducers ekki skemma núll-þverunartímasetningu. Hins vegar kynnir AGC sína eigin tímasetningargripi ef þeim er ekki útfært vandlega. Fasabreytingar í gegnum ávinningsstýringarlykkjuna geta líkt og flutningstímamunur.
Að hanna auka rafeindatækni í úthljóðsrennslismæli fyrir gas felur í sér að jafna merki-til-hávaða á móti þörfinni á stöðugri, endurtekinni tímasetningu. Ein vinsæl uppsetning notar blöndu af stafrænu AGC (útfært í fastbúnaði) ásamt hliðstæðum AGC stigum með íhlutum eins og AD8367 breytu-magnara. Hybrid nálgunin eykur kraftmikið svið en heldur röskun innan viðunandi marka.
Umhverfisþættir og jaðaráhrif
Allir þættir sem valda merkjatapi hafa áhrif á gæði mælinga. Hærri flæðishraði þýðir lengri sveigju í hljóðeinangrun vegna convection-hljóðgeislans fer ekki beint þvert yfir pípuna heldur fylgir sveigðum feril. Pípur í litlum -þvermáli sýna áberandi áhrif á jaðarlag þar sem nálægð veggja breytir staðbundnum hraðahalla.
Jaðaráhrif frá veggjum mælirörsins koma með frekari fylgikvilla fyrir úthljóðsflutnings-tímaflæðimælishönnun. Hljóðbylgjur sem hafa víxlverkun við mörk leiðslunnar upplifa ljósbrot og endurkast að hluta. Í þröngum pípum ráða þessi jaðarvíxlverkun yfir mótteknu merkjastafnum. Hljóðgeislabreidd miðað við pípuþvermál skiptir máli; breiðari geislar "sjá" meira af veggáhrifum.
CO₂-ríkur gasstraumur býður upp á sérstakar áskoranir. Koltvísýringur gleypir hljóðorku á ákveðnum tíðnum mun árásargjarnari en loft eða jarðgas. Hátt CO₂ innihald dregur úr amplitude merkja, hugsanlega undir greiningarmörkum. Umhverfishávaði-hvort sem það kemur frá þrýstijafnara andstreymis, kavitandi lokum eða ytri titringsgjöfum-dælir inn óviðeigandi merkjum sem geta kallað fram rangar þröskuldar sem fara yfir.
Oft er nauðsynlegt að ná mælitíðni yfir 20kHz til að fá fullnægjandi merki-til-hljóðs í hávaðasömu iðnaðarumhverfi. Lægri tíðnir dreifast lengra en eru næmari fyrir hljóðtruflunum frá umhverfinu. Hærri tíðni deyfist hraðar í gasi en veitir betra ónæmi fyrir hávaða frá-lágtíðni.
Af hverju bylgjuformgæði skipta meira máli en þú myndir halda
Óstöðugleiki merkjalaga er enn vanmetin uppspretta mæliskekkju í úthljóðsrennslismælingu. Bergmál halda ekki eins sniðum frá einni mælingu til annarrar. Hringrás hitastigs breytir ómun tíðni transducer. Útfellingar á hljóðeinangrun breyta viðnámssamsvörun. Tæring á pípuvegg breytir eiginleikum endurspeglunar á mörkum.
Þegar bergmálsbylgjulögunin svífur, bregðast-þröskuldsbundin greiningarkerfi á mismunandi hátt við hverri púlslest. Það sem virkaði fullkomlega við gangsetningu getur þróað kerfisbundið hlutdrægni eftir nokkurra ára rekstur. Kross-fylgnitækni-þar sem móttekna bylgjuformið er borið saman við geymda tilvísun-bjóða upp á aukið ónæmi fyrir mótunarafbrigðum en krefjast meiri útreikninga og vandaðrar viðmiðunarmerkjastjórnunar.
Útbreiðsluleiðin sjálf er ekki rúmfræðilega föst. Brot vegna hraðahalla (klippa milli hraðara kjarnaflæðis og hægari jaðarlaga) sveigir hljóðgeislann. Í hönnun fjölbrautamæla birtast þessi áhrif sem slóða-háð hraðamæling sem er ekki alveg að meðaltali miðað við væntan massahraða.
Hagnýt atriði fyrir nákvæma flutnings-tímamælingu
Til að fá áreiðanlegar flutnings-tímamunamælingar krefst þess að huga að nokkrum tækjaupplýsingum. Tímaupplausnin verður að vera umtalsvert meiri en áætlaður-flutningstímamunur. Fyrir lághraða gasflæði- gæti Δt verið aðeins nokkrar nanósekúndur-sem krefst stafrænnar stafrænnar tímasetningar í píkósekúndu-tíma. TDC (time-to-digital converter) flögur frá framleiðendum eins og ams ná 90ps upplausn, sem gerir kleift að mæla flæðis-framkallaðan flutningsmun jafnvel við krefjandi aðstæður.
Hitabætur eru ekki-viðræður. Bæði hljóðhraðinn í miðlinum og eiginleikar transducersins svífa með hitastigi. Ójöfnuð tæki sýna fylgni milli hitasveiflna og sýnilegra flæðismælinga sem hafa ekkert með raunverulegar breytingar á afköstum að gera.
Meginreglan um núll-þverunarskynjun úthljóðsflæðismælis veltur að lokum á stöðugri ákvörðun þröskulds, samkvæmum komueiginleikum bylgjuforms og rétt hönnuðum ávinningsstýringu. Þessir þættir hafa samskipti á þann hátt sem er ekki alltaf leiðandi. "Betri" magnari þýðir ekki endilega betri flæðismælingu ef fasasvörunin breytist með styrkstillingu.
Þar sem Transit-Time Technology skarar fram úr-og þar sem hún á erfitt
Hreinir, einfasa vökvar með stöðugri samsetningu eru kjöraðstæður fyrir flutnings-úthljóðsflæðismæla. Umsóknir um vörsluflutning í jarðgasleiðslum reiða sig mjög á fjölbrauta úthljóðsmæla einmitt vegna þess að-þegar þeir eru rétt uppsettir og kvarðaðir-skila þeir nákvæmni sem jafnast á við eða fer yfir hverflamæla án viðhaldsbyrði hreyfanlegra hluta.
Á hinn bóginn ýtir óhreinum gasstraumum með vökva í vökva, hratt breytilegri samsetningu eða verulegri agnahleðslu á mörk tækninnar. Merkjadreifing frá upphengdu efni getur yfirbugað beina-slóð bergmálsins með dreifðum endurkastum. Doppler-úthljóðsmælar höndla slíkar aðstæður betur, þó með minni nákvæmni.
Afgreiðslan fyrir iðkendur: skildu ferlisaðstæður þínar áður en þú tilgreinir ultrasonic flæðimælingu. Themeginreglan um ultrasonic flæðimæliraðgerð hljómar einfalt-mæla flutningstíma, reikna hraða-en til að skila áreiðanlegum niðurstöðum við raunverulegar rekstraraðstæður þarf að passa tækjaarkitektúrinn við kröfur forritsins.
Þróun merkjavinnslu og framtíðarleiðbeiningar
Nútímalegir úthljóðs gasflæðismælar nýta í auknum mæli stafræna merkjavinnsluaðferðir sem voru reikningslega óheimilar fyrir áratug síðan. Fylgni-tíma-af-flugsákvörðun, aðlögunarsíu reiknirit og líkana-bylgjulögun bjóða upp á mögulegar umbætur yfir einfaldar þröskulds-/núll-aðferðir.
Samþætting þessara reiknirita í stakar-flíslausnir-sem sameina transducer drivers, analog front-, ADC og stafræna vinnslu í einlitum tækjum-hefur dregið verulega úr flóknum útfærslum á sama tíma og afköst eru betri. Framleiðendur eins og Texas Instruments og Maxim bjóða nú upp á forrita-sértæka úthljóðskynjunarkerfi með innbyggðum-tíma-til-stafrænum umbreytingum og fylgniútreikningum.
Fyrir endanotendur þýðir þetta mælar sem viðhalda kvörðun betur með tímanum, hafna truflunum á skilvirkari hátt og veita greiningarupplýsingar sem sýna hvenær vinnsluaðstæður eru að þrýsta á mælingarnákvæmnimörk. Grundvallaratriðiðultrasonic flæðimælisreglanhefur ekki breyst, en hvernig sú regla kemur til framkvæmda heldur áfram að þróast.
Mælingarákvæmni í úthljóðsflæðisforritum endurspeglar að lokum þá umhyggju sem gerð er við að passa merkjavinnsluarkitektúr við líkamlegar rekstraraðstæður. Flutningstími-uppgötvun er enn ríkjandi, en rafeindatæknin og reikniritin sem styðjast ákvarða hvort fræðileg nákvæmni skili sér í hagnýtan áreiðanleika.
