Gasúthljóðsrennslismælir vísar til flæðimælis sem er settur upp á leiðslu með flæðandi gasi og mælir gasflæðið með úthljóðsreglunni. Úthljóðsstreymismælir fyrir gas með einum-vegum vísar til tækis sem er útbúinn með aðeins einni hljóðhljóðsstreymi, en gasúthljóðsflæðismælir með tveimur eða fleiri hljóðleiðum er kallaður multi-úthljóðsflæðimælir fyrir gas.
Hvernig virkar ultrasonic flæðimælir?Grundvallarreglan til að mæla flæðihraða með gas ultrasonic flæðimælir er að reikna út flæðishraða, flæðihraða, þéttleika og aðrar breytur gasvökvans með því að mæla útbreiðslutíma ultrasonic bylgna í loftkenndu miðlinum. Þessi kafli greinir aðallega rekstrarregluna um flutnings-úthljóðsmælingar á tíma og þá þætti sem hafa áhrif á flæðismælingar, og framkvæmir hermirannsóknir á því hvernig hægt er að bæta -flæðismælingar nákvæmni, til að undirbúa rannsókn á fjöl-úthljóðsstraumsmælingum-mælingaaðferða og vélbúnaðarlíkana.
Greining á rekstrarreglu um flutning-Umhljóðsmælingar á gasflæði
Flutnings-tími úthljóðsgasflæðis-mælingaraðferðin er gasflæðis-mælingaraðferð þar sem, yfir sömu leiðarlengd gassins, er útbreiðslu-tímamismunurinn á milli tveggja úthljóðsmerkja sem ferðast niðurstreymis og andstreymis notuð til að ákvarða meðalhraða gasflæðis meðfram hljóðleiðinni. Þegar úthljóðsbylgjur breiðast út í flæðandi loftkenndum miðli er útbreiðsluhraði þeirra breytilegur eftir gasflæðishraða.
Nánar tiltekið breytist útbreiðsluhraði úthljóðsbylgna í sömu átt og gasflæðishraðinn: þegar gasflæðishraðinn eykst eykst hraði úthljóðsbylgjunnar sem breiða út í sömu átt einnig í samræmi við það; öfugt, ef gasflæðishraði eykst á meðan hann er andstæður útbreiðslustefnu úthljóðs mun úthljóðshraði minnka í samræmi við það.
Grunnbygging úthljóðsrörs-flæðiskynjara
Eins og sýnt er á mynd . 2.1, eru tveir úthljóðsbreytarar sem geta bæði sent og tekið á móti úthljóðspúlsum (vísað til sem rannsaka eða transducers) innbyggðir á annarri hlið eða á báðum hliðum leiðslunnar. Raunveruleg leið úthljóðsmerkisins milli sendandi og móttöku transducers er kölluð hljóðræn leið; þannig myndar par af transducers eina hljóðeinangrun. Hljóðflytjandi himna eða hluti af hljóðbylgjuleiðaravegg er komið fyrir á milli transducers og vökvamiðils. Í einum-úthljóðsrennslismæli með einni braut sker bylgjuleiðarlínan á milli tveggja úthljóðsgjafanna ás tækisins.
Mynd. 2.1 Skýringarmynd af meginreglunni um flutnings-úthljóðsflæðismælingu
Eins og sýnt er á mynd . 2.1 er þvermál pípunnar D. Bein -línufjarlægð milli endaflata transducers A og B sem eru felldir inn beggja vegna leiðslunnar er hljóðeinangrun -leiðarlengd L (einnig kölluð hljóðfjarlægð L), og samband hennar við þvermál D er
Mynd. 2.1 Rúmfræðilegt samband milli hljóðræns-veglengdar og pípuþvermáls-flutningstíma úthljóðsrennslismælis
þar sem φ er hallahorn hljóðleiðarinnar, þ.e. hornið á milli hljóðleiðar og pípuáss. Hallahorn hljóðslóðarinnar er einnig innfallshorn úthljóðsbylgjunnar. Innfallshornið φ hefur áhrif á hljóðhraða í vökvanum, sem og hljóðhraða í fleygnum og í pípu-veggefninu.
Almennt séð er breytileiki hljóðhraða með hitastigi í föstu efni minni en í loftkenndum efnum. Þegar hitastigsbreytingin er ekki mikil er hægt að vanrækja áhrif fleygsins og pípunnar-veggefna á mælingarnákvæmni; Hins vegar, þegar hitastigsbreytingarsviðið er stórt, verður að leiðrétta mikla breytingu á hljóðhraða í fleyg- og pípu-veggefnum.
Fyrir transducer með 30 gráðu innfallshorni er flutningsstuðullinn tiltölulega hár, orkutapið er lítið og nauðsynleg örvunarspenna er lág. Slíkur transducer er hentugur fyrir handhelda ultrasonic flæðimæla sem eru ekki hentugir til að nota AC aflgjafa. Transducer með 45 gráðu innfallshorni hefur tiltölulega lágan flutningsstuðul en getur tekið upp stærri transducer flís og hærri örvunarspennu og hentar því fyrir fasta úthljóðsflæðimæla eða þá sem geta notað AC aflgjafa.
Rekstrarregla um flutning-Úthljóðsmæling á gasflæði
Flutnings-tími úthljóðs gasflæðis-mælingartækni ákvarðar axial meðalflæðishraða Vz á planinu sem myndast af hljóðleiðinni og ásnum, með því að mæla tímamuninn á milli úthljóðsbylgna sem dreifast niðurstreymis og uppstreymis í loftkennda miðlinum. Flutningstími úthljóðsbylgna er mismunandi í stefnu niðurstreymis og uppstraums. Flutningstími niðurstreymis er:
Mynd. 2.2 Niðurstraums úthljóðsflutnings-tímajöfnu
og andstreymisflutningstíminn er
Mynd. 2.3 Uppstraums úthljóðsflutnings-tímajöfnu
þar sem C er hljóðhraði úthljóðsbylgna í kyrrstæðum mældum vökva, þ.e. hljóðhraði; Vz er meðalflæðishraði vökvans í ásstefnu á planinu sem myndast af úthljóðsbrautinni og pípuásnum, einnig kallaður leið-meðalhraði.
Þegar áhrif hljóðhraðabreytileika- vegna innra pípuumhverfis eru ekki tekin til greina er tjáningin fyrir-meðalhraða leiðarinnar
Mynd. 2.4 Tjáning fyrir leið-meðaltalshraða
Með því að mæla niðurstreymisflutningstíma tD og andstreymisflutningstíma tU fyrir úthljóðsbylgjuna fæst tímamunur á útbreiðslu uppstreymis og niðurstreymis sem
Mynd. 2.5 Skilgreining á uppstreymis–niðurstraumsflutningi-tímamismun
Með því að nota flutnings-tímaaðferðina er hægt að fá leið-meðalhraða einnar hljóðleiðar. Byggt á meðalhraða mismunandi hljóðrænna leiða og með því að nota viðeigandi reiknirit er hægt að reikna út meðalhraða hornrétt á allan þversniðið, sem kallast rúmmáls-meðalhraðinn V.
Aðferðin til að mæla meðalhraða Vökva (rúmmál) í leiðsluvökva með því að mæla -flutningstímamun á milli andstreymis og niðurstraums úthljóðsútbreiðslu er kölluð flutnings-tímahljóðflæðis-mælingaraðferðin. Rennslismælir sem mælir vökvaflæði leiðslunnar með því að nota -flutningsúrhljóðsaðferðina er nefndur -úthljóðsflæðismælir.
Sambandið á milli-meðalhraða leiðarinnar á hljóðeinangrunarleið flutnings-tíma ultrasonic flæðimælis og rúmmáls-meðalhraðans í leiðslunni er
Mynd. 2.6 Skilgreining á flæðis-hraðaleiðréttingarstuðli
þar sem K er kallað flæðis-hraðaleiðréttingarstuðullinn. Flæðis-hraðaleiðréttingarstuðullinn er fenginn úr stærðfræðilegu líkani af hraðadreifingarsniðinu í mælihluta flæðismælisins. Samkvæmt gasflæðisfyrirkomulagi í leiðslunni er hægt að fá flæðis-hraðaleiðréttingarstuðul. Þannig, út frá jöfnum (2.4) og (2.6), er meðalhraði gassins í leiðslunni
Mynd. 2.7 Tengsl milli pípu-meðalhraða og leiðar-meðalhraða
Hægt er að fá rúmmálsrennsli með jöfnu (2.7) sem
Mynd. 2.8 Rúmmálsflæði-hraðajafna
þar sem A er-þverskurðarflatarmál pípunnar.
Eftir þrýstings- og hitaleiðréttingu á rúmmálsrennsli er hægt að fá massarennsli sem
Mynd. 2.9 Massaflæðis-hraðajafna með leiðréttingu á þrýstingi–hita–þjöppunarhæfni
þar sem Z er gasþjöppunarstuðullinn; P0 og P eru þrýstingsbreytur við staðlaðar aðstæður og raunverulegar aðstæður, í sömu röð; T0 og T eru hitastigsgildin við staðlaðar aðstæður og raunverulegar aðstæður, í sömu röð; og ρ0 er þéttleiki loftkennda miðilsins við staðlaðar aðstæður.
Þegar flæðihraðinn hefur verið náð er hægt að reikna út rúmmál vökva sem fer í gegnum rör með tilteknu þvermáli yfir ákveðið tímabil. Rennslisrúmmál F sem fer í gegnum rörið á 1 klst er 79:
Fig
Grundvallarrekstrarregla fjöl-úthljóðsmælingar á gasflæði
Hægt er að skipta gasúthljóðsrennslismælum í einn-leið og fjöl-leiðartegundir, sem báðar eru byggðar á -flutningstímareglunni fyrir úthljóðsrennslismælingar. Sem stendur, meðal svipaðra vara erlendis, getur fjöldi hljóðeinangraðra leiða verið allt að sex. Í marghljóðsrennslismæli með mörgum-slóðum táknar ViV_iVi meðalhraða leiðar{- á iii- hljóðeinangrun. Hann er fenginn með því að mæla úthljóðsflutningstíma niðurstreymis og andstreymis, reikna út tímamismuninn á milli þeirra og reikna síðan meðalhraðann{10}}.
Í samræmi við sambandið milli leiðar-meðalhraða hverrar hljóðleiðar og flæðis-hraðaleiðréttingarstuðla er hægt að áætla rúmmáls-meðalhraða gassins í leiðslunni sem
Mynd. 2.11 Fjöl-vegin meðalhraðajafna með mörgum slóðum-hvernig ultrasonic flæðimælir virkar
þar sem WiW_iWi er þyngdarstuðull hverrar hljóðeinangrunarleiðar og gildi hans fer eftir samþættingaralgríminu sem notað er.
Mynd. 2.12 Multi-rúmmálsflæði-hraðajafna-úthljóðsrennslismælir hvernig hann virkar
Í orði, því fleiri hljóðeinangrunarleiðir sem eru, því meiri ætti mælingarnákvæmni að vera. Hagnýt reynsla hefur hins vegar sýnt að þegar fjöldi hljóðrænna slóða yfir þver-þversniðið nær fjórum, stuðlar enn frekar að fjölda slóða til að bæta nákvæmni, en eykur framleiðslukostnað verulega.
Greining á þáttum sem hafa áhrif á ultrasonic gasflæðismælingu
Samkvæmt útreikningsformúlum flæðis-hraða og flæðis-hraða gasúthljóðsrennslismæla tengist flæðishraði eða flæðishraði nokkrum þáttum, svo sem rúmfræðilegum breytum mælipípunnar, flæðis-hraðaleiðréttingarstuðul (eða vigtarstuðull) og mældum gildum úthljóðsútbreiðslutíma. Eftirfarandi greining er gerð út frá þessum þáttum.
Leiðrétting á flæði-hraðastuðull og aukning á mælingarnákvæmni
Í áðurnefndum flutnings-úthljóðsflæðismæli með tímagasi byggir rannsóknin á kjörástandi þar sem-meðalhraði leiðarinnar dreifist jafnt yfir-þverskurð rörsins. Í hagnýtum aðstæðum, vegna ó-jafnrar hraðadreifingar vökvans yfir pípuþversnið-, er hraðinn sem fæst með útreikningi í raun leið-meðalhraðinn meðfram útbreiðslustefnu úthljóðs og ásstefnu, fengin úr mældum úthljóðflutningstíma-tímamismun. Endanlegt útreiknað rúmmálsrennsli mun óhjákvæmilega valda villum. Til að tryggja mælingarnákvæmni er nauðsynlegt að ákvarða tengslin þar á milli og leiðrétta raunverulegan mældan hraða með því að nota-vökvafræðireglur; það er að leiðréttingarstuðull -streymishraða K er tekinn upp þegar mælt er með rúmmálsrennslismæli.
Vegna þess hversu flókið -flæðisástand vökva er í leiðslum eru hraðadreifingarnar sem myndast einnig flóknar . Núverandi rannsóknir takmarkast aðallega við hraðadreifingu við kjöraðstæður, það er að segja hraðadreifingu við lagflæði og fullþróað óróaflæði í sléttum rörum. Lagflæði og ókyrrðflæði eru tvö grundvallarflæðisástand vökva í rörum. Lagskipt flæði vísar til ástandsins þar sem vökvaagnir hafa enga þverhreyfingu og aðeins axial hreyfing er talin; ókyrrð flæði vísar til ástandsins þar sem vökvaagnir hafa bæði ás- og þverhreyfingu. Vegna þess að flæðiseiginleikar eru mismunandi eftir mismunandi flæðisástandi leiðslunnar fæst mismunandi hraðadreifing.
Rennsliseiginleikar vökva eru sameiginlega undir áhrifum af meðalhraða í pípunni, hreyfiseigju og þvermál pípunnar, en Reynolds talan ReReRe er mikilvægur mælikvarði til að meta flæðisástandið. Þegar Re<2300Re < 2300Re<2300, the flow is laminar; when Re>4000Re > 4000Re>4000, the flow is turbulent. Re=2300Re = 2300Re=2300 is usually taken as the critical value for the transition from laminar to turbulent flow. When Re>2300Re > 2300Re>2300 byrjar vökvinn að skipta yfir í ókyrrt ástand og þetta breytingasvæði er yfirleitt einnig meðhöndlað sem ókyrrð flæði.
Algengar spurningar
Hvað er flutnings-úthljóðs gasflæðismælir?
Úthljóðsgasflæðismælir -tíma mælir gasflæði með því að senda úthljóðspúlsa bæði niðurstreymis og andstreymis og reikna út flæðishraðann út frá mismun á flutningstíma þeirra.
Hver er munurinn á einfaldri-leið og fjöl-úthljóðsflæðimælum?
Einn-streymismælir notar eitt par af transducers og eina hljóðleið, á meðan multi-streymismælir notar nokkrar hljóðleiðir í mismunandi hæðum eða hornum til að fanga betur hraðasniðið og bæta nákvæmni.
Hvers vegna þarf flæðis-hraðaleiðréttingarstuðul?
Vegna þess að hraðadreifingin í pípu er ekki fullkomlega jöfn, er hraðinn sem mældur er eftir einni hljóðrænni leið ekki jafn meðalhraða þversniðs-. Leiðréttingarstuðull tengir þetta tvennt.
Hvaða þættir hafa áhrif á nákvæmni gasflæðismælinga í ultrasonic?
Lykilþættir eru röskun á hraðasniði, uppsetningaraðstæður, Reynolds númer, gassamsetning og hljóðhraði, hita- og þrýstingsbreytingar og villur í merkjavinnslu.
