Pokud jste někdy strávili čas kolem zařízení na měření plynu-nebo jste jen procházeli technické katalogy-, pravděpodobně jste narazili na výraz „vícecestný ultrazvukový průtokoměr„Zní to famózně. A upřímně, tak nějak to je.
Ale jde o to: základní koncept není tak složitý, jakmile se zbavíte žargonu.
Základní myšlenka (bez učebnicového nesmyslu)
Vícecestný ultrazvukový průtokoměr měří rychlost plynu vystřelováním ultrazvukových signálů přes potrubí prostřednictvím více cest-nebo „kanálů“, jak je inženýři rádi nazývají. Každý kanál vám poskytuje odečet rychlosti v jiné tětivě průřezu trubky-. Zprůměrujete tyto hodnoty dohromady, přiměřeně zvážíte a bum: získáte slušný odhad, jak rychle se plyn skutečně pohybuje tímto potrubím.
Existují také jednokanálové měřiče. Jsou levnější. Jsou jednodušší. Ale také se dívají pouze na jeden výsek profilu toku, což může být zavádějící, pokud tok není dokonale rovnoměrný. A řeknu vám,-tok není téměř nikdy dokonale rovnoměrný.
Jedno i vícecestné verze spoléhají na něco, co se nazývá{0}}metoda{1}} doby letu. Funguje to takto: máte dva snímače na opačných stranách potrubí. Jeden vysílá ultrazvukový impuls po proudu (s proudem), druhý vysílá jeden proti proudu (proti proudu). Puls po proudu přichází rychleji, protože jede na proudu plynu. Ten proti proudu trvá déle, protože s ním bojuje.
Změříte oba cestovní časy, vypočítáte rozdíl a z tohoto rozdílu můžete odvodit rychlost. Matematika není triviální, ale je dobře-zavedená. Lidé to dělají desítky let.
Proč více kanálů?
Tady to začíná být zajímavé-a mám nějaké názory.
U vícecestného měřiče představuje V průměrnou povrchovou rychlost naměřenou na každém kanálu. V podstatě vzorkujete profil rychlosti v různých výškách napříč průměrem potrubí. Vzorec vypadá asi takto: objemová průměrná rychlost se rovná součtu rychlostí každého kanálu vynásobeného jeho váhovým koeficientem. Vypsáno: v=ΣwᵢVᵢ, kde W je váhový koeficient, který závisí na tom, který integrační algoritmus se výrobce rozhodl použít.
Z toho můžete vypočítat skutečný průtok: q=A × Σ(WᵢVᵢ), kde A je plocha průřezu trubky-.
Různá integrační schémata přiřazují různým akordům různé váhy. Gaussova kvadratura je populární. Stejně tak Čebyševova metoda. Každý z nich má-výhody. Ale upřímně, pokud neděláte technický návrh sami, pravděpodobně se nemusíte starat o to, který z nich je „nejlepší“. Všechny fungují poměrně dobře.
Otázka šesti{0}}kanálů
V současnosti nejběžnější-produkty nejvyšší třídy od zahraničních výrobců provozují až šest kanálů. Mysleli byste si, že více kanálů znamená větší přesnost. A teoreticky ano,-více vzorkovacích bodů by vám mělo poskytnout lepší aproximaci skutečného rychlostního profilu.
Praktické zkušenosti ale vyprávějí něco jiného.
Jakmile zasáhnete čtyři kanály, přesnost zisků přidáním dalších cest bude marginální. Mezitím rostou výrobní náklady. Každý další pár převodníků vyžaduje přesné zarovnání. Každý z nich přidává potenciální body selhání. Každý z nich komplikuje instalaci a údržbu.
Vyplatí se tedy šesti{0}}kanálový měřič oproti čtyřkanálovým-kanálům? Někdy. Pro aplikace převodu do úschovy, kde záleží na zlomcích procenta. Pro většinu průmyslových aplikací? Pravděpodobně ne.
Instalace je důležitější, než si myslíte
Viděl jsem krásných šest-měřičů dráhy instalovaných na hrozných místech-bezprostředně po proudu od kolen, s vířivým prouděním a asymetrickými profily rychlosti, díky kterým byly všechny ty další kanály téměř k ničemu. Měřicí přístroj měřil odpadky a zprůměrování odpadků šesti různými způsoby vám dává... no-průměrný odpad.
Obecné pokyny říkají, že chcete mít alespoň osm průměrů potrubí s přímým vedením proti proudu a dva průměry po proudu od jakéhokoli narušení proudění. Ale to je vodítko, ne záruka. Cyklonické vzorce proudění, pitch flow, teplotní stratifikace-to vše může narušit vaše naměřené hodnoty způsobem, který více kanálů nedokáže plně kompenzovat.
Některé konfigurace měřidel používají zkřížené cesty (X-uspořádání vzorů) k odstranění určitých deformací toku. Chytrý, ale ne kouzelný.
Skutečné-světové úvahy
Reynoldsovo číslo by mělo být vyšší než 4000 pro turbulentní proudění,-což u průmyslových plynovodů obvykle není problém. Laminární proudění je vzácné. Rychlost zvuku v plynu ovlivňuje dobu přenosu signálu, ale moderní měřiče to zvládají automaticky pomocí teplotní kompenzace.
Snímače se obvykle montují pod úhlem 45 stupňů nebo více vzhledem ke směru proudění, ačkoli optimální úhel závisí na průměru potrubí, rychlosti plynu a teplotě. Maximální provozní teploty se u standardních instalací obvykle pohybují kolem 650 stupňů F. Kryogenní aplikace jsou úplně jiné zvíře.
Sečteno a podtrženo
Vícecestné ultrazvukové průtokoměry jsou dobrou technologií. Nejsou rušivé, nemají žádné pohyblivé části, zvládají široký rozsah průtoků a při správné instalaci a kalibraci mohou dosáhnout působivé přesnosti.
Ale nejsou spolehlivé. Více cest neznamená automaticky lepší výsledky. Dobře-nainstalovaný čtyřkanálový měřič-za dobrých průtokových podmínek pokaždé překoná šesti{4}}kanálový měřič nainstalovaný na problematickém místě.
Pochopení základů-času-měření-letu, integrace rychlosti a role váhových koeficientů- vám pomůže lépe se rozhodnout, kdy mají tyto měřiče smysl a jak z nich vytěžit maximum.
