Transiidiaeg Ultraheli voolumõõtur: tööpõhimõte, valem, paigaldamine ja valik

Seda meetodit kasutatakse paljudes tüüpidesultraheli voolumõõturid, alates instrumentide välisest klambrist- kuni sisemiste mitmeteemõõturiteni. Füüsika on lihtne, kuid usaldusväärne mõõtmine sõltub toru täpsetest andmetest, kehtivast akustilisest teest, sobivatest vedelikutingimustest, andurite õigest paigutusest ja tüüpilisest vooluprofiilist.

Mis on transiidiaja ultraheli voolumõõtur?

A transiidiaja ultraheli voolumõõturon kiiruse{0}}põhine instrument. Esmalt mõõdab see vedeliku keskmist kiirust ühel või mitmel ultrahelirajal. Seejärel hindab see toru keskmist kiirust ja arvutab mahuvoolu toru sisemise ristlõikepindala põhjal.

Mõõtmisahel on järgmine:

Saatke ultraheliimpulss allavoolu.

Mõõtke selle reisiaeg.

Saatke teine ​​impulss sama akustilist rada pidi ülesvoolu.

Mõõtke teine ​​reisiaeg.

Arvutage kahe aja vahe.

Teisendage see erinevus voolukiiruseks.

Rakenda voo{0}}profiili parandus.

Korrutage korrigeeritud kiirus toru sisepinnaga.

Selle aluseks olevat diferentsiaaltransiidiaja{0}}meetodit kirjeldatakse ka Endress+Hauseri artiklisametlik ülevaade ultraheli vooluhulga mõõtmisest. :contentReference[oaicite:5]{indeks=5}

Transiidiaja tööpõhimõte toimib

1. Kaks andurit on vaheldumisi saatmise ja vastuvõtmise vahel

Tüüpiline süsteem kasutab kahte ultraheliandurit A ja B. Andur A saadab impulsi B-le ja arvesti salvestab sõiduaja. Seejärel lähevad rollid ümber: B saadab ja A võtab vastu. Suuna vaheldumine võimaldab seadmel võrrelda kahte mõõtmist, mis on tehtud peaaegu samal akustilisel teel ja peaaegu samades protsessitingimustes.

Kui vedelik on paigal, on korrigeeritud üles- ja allavoolu ajad ideaalis võrdsed. Kui vedelik liigub, aitab vooluga kaasa liikuvat impulssi vedeliku liikumine, samal ajal kui impulss, mis liigub vastu voolu, on selle vastu.

• Allavoolu transiidiaeg lüheneb.
• Ülesvoolu transiidiaeg pikeneb.
• Ajavahe märk näitab voolu suunda.
• Ajavahe suurus suureneb koos kiirusega.

• 

2. Transiidiajad teisendatakse tee kiiruseks

Lihtsustatud akustilise pikkusega teekonna jaoksLnurga allθtoru telje suhtes:

t_d= L / (c + v cos θ)

t_u= L / (c − v cos θ)

kus:

• t_don allavoolu transiidiaeg;
• t_uon ülesvoolu transiidiaeg;
• con heli kiirus vedelikus;
• von asjakohane aksiaalse voolu{0}}kiiruse komponent;
• Lon akustilise tee pikkus läbi vedeliku;
• θon nurk akustilise tee ja toru telje vahel.

Kahe võrrandi kombineerimine annab idealiseeritud kiiruse suhte:

v=[L / (2 cos θ)] × [(1 / t_d) − (1 / t_u)]

See vorm on kasulik, kuna diferentsiaalarvutus eemaldab suures osas levinud heli{0}}kiiruse termini. Kaubanduslikud arvestid rakendavad endiselt ajastuse kalibreerimist, signaali filtreerimist, akustilisi-geomeetria parandusi ja vedeliku-mehaanika kompenseerimist, seega tuleks lihtsustatud võrrandit käsitleda pigem füüsika selgitusena kui tootja algoritmi asendajana.

3. Lihtsustatud numbrinäide

Oletagem illustreeriv vedeliku tee koos:

• L = 0.30 m
• θ=45 kraadi
• c = 1,480 m/s
• v = 1.0 m/s

Arvutatud allavoolu aeg on ligikaudu202,606 mikrosekundit, samas kui ülesvoolu aeg on ligikaudu202.800 mikrosekundit. Erinevus on ainult umbes0,194 mikrosekundit. See näide näitab, miks on ajastuse eraldusvõime, signaalituvastus, nullstabiilsus ja müra ärahoidmine olulised, eriti väikese kiiruse korral.

Näide on teadlikult lihtsustatud. Paigaldamise klambris- peab arvesti enne akustilise tee vedelikuosa isoleerimist arvestama ka liikumist läbi muunduri kiilu, ühenduskihi, toruseina ja mis tahes voodri.

4. Teekonna kiirus teisendatakse mahuvooluks

Üks helikiir mõõdab keskmist kiirust piki seda kiiret. See ei võrdu automaatselt keskmise kiirusega kogu toru ulatuses, kuna seina lähedal olev vedelik liigub aeglasemalt kui keskpunktile lähemal ja ülesvoolu häired võivad tekitada keerise või asümmeetriat.

Seetõttu rakendab saatja ristlõike keskmise kiiruse -keskmise kiiruse hindamiseks profiiliparandust,v̄. Seejärel arvutab see toru sisepinna:

A = πD_i² / 4

ja mahuline vool:

Q = v̄A

kusD_ion siseläbimõõt. Kuna pindala on võrdeline läbimõõdu ruuduga, võib siseläbimõõdu väike viga tekitada arvutatud pindalas ligikaudu kaks korda suurema protsendi. See on üks põhjus, miks toru nimisuurust ei tohiks mõõdetud või kontrollitud torumõõtmetega pimesi asendada.

5. Miks on helikiirus ja fikseeritud viivitused endiselt olulised?

Mõnikord öeldakse, et transiidiaja mõõtmine ei sõltu heli kiirusest. See on ainult osaliselt tõsi. Helikiirus erineb suures osas ideaalsest diferentsiaalkiiruse võrrandist, kuid see mõjutab siiski murdumisnurka, eeldatavat transiidiaega, andurite vahekaugust, signaali tuvastamist ja diagnostikat.

Süsteemi kinnitus{0}}muutb kiir suunda, kui see läbib erineva akustilise kiirusega materjale.Siemensi ametlik kinnitus{0}}dokumentatsioonilenäitab, et vedeliku murdumisnurk järgib Snelli seadust ja et arvesti lahutab mõõdetud keskmisest transiidiajast fikseeritud ajad andurites ja toruseinas. :contentReference[oaicite:6]{indeks=6}

Emersoni kasutusjuhisedsamuti märkida, et anduri kauguse arvutamiseks kasutatakse vedeliku helikiirust, samas kui profiili korrigeerimisel võetakse arvesse viskoossust ja massivoolu tuletamisel kasutatakse tihedust. :contentReference[oaicite:7]{indeks=7}

6. Ühe-tee ja mitme tee mõõtmine

Üks{0}}teemõõtur proovib ühte akustilist akordi. Mitmeteeline disain mõõdab mitut kõõlu erinevates positsioonides või nurkade all ja ühendab need, et esindada suuremat osa kiirusprofiilist. See võib parandada profiili keskmistamist ja kui arvesti valideerimisalgoritm seda toetab, võib see pakkuda diagnostilist liiasust.

A kahe-kanaliga ultraheli voolumõõturvõib olla kasulik, kui üks tee ei kajasta protsessi piisavalt või kui tuleb jälgida kahte mõõtmiskohta. Täpne kasu sõltub instrumendi kanali arhitektuurist, kaalumismeetodist ja rakenduse konfiguratsioonist; kanalite lisamine ei eemalda automaatselt halbu paigaldustingimusi.

Kinnitage{0}}sisse ja transpordiajamõõturid

Kinnitage{0}}mõõturid

A kinnitage{0}}ultrahelivoolumõõturi külgeasetab mõlemad andurid olemasolevast torust väljapoole. Signaal läbib toru seina ja vedeliku, ilma et andur protsessi siseneks. Seemittetungiv ultrahelimõõtminelähenemine võib vältida torude lõikamist, protsessi läbitungimist ja mõõturi{0}}indutseeritud takistust.

Kinnitus{0}}arvestid on eriti kasulikud moderniseerimistööde, ajutiste uuringute, energiaauditite, suurte olemasolevate torude ja rakenduste puhul, kus protsessiga kokkupuude on ebasoovitav. Nende jõudlus sõltub aga suuresti toru materjalist, seina seisukorrast, vooderdist, kattekihist, andurite vahekaugusest, akustilisest ühendusest ja paigalduskohast.

Sees- või pool{0}}tükimeetrid

Sisseehitatud arvestid asetavad akustilise geomeetria otstarbeks{0}}ehitatud arvesti korpusesse. Anduri asukohti, siseläbimõõtu ja teenurki kontrollib disain ning lisada saab mitu akustilist akordi. Paigaldamine nõuab torujuhtme muutmist, kuid juhitav geomeetria võib olla kasulik, kui on vaja püsivat mõõtmist, suuremat metroloogilist jõudlust või rakendusespetsiifilist -sertifikaati.

V, Z ja W anduri paigalduskonfiguratsioonid

V-Kinnita

Mõlemad andurid on paigaldatud toru samale küljele. Kiir läbib vedeliku, peegeldub vastasseinast ja naaseb vastuvõtjasse. V-kinnitus on mugav, kuna mõlemale andurile pääseb juurde ühelt poolt ning see tagab sageli kasuliku tasakaalu signaali tugevuse ja{3}}transiidiaja tundlikkuse vahel.

Z-Kinnita

Andurid on paigaldatud toru vastaskülgedele ja kiir ületab vedeliku ühe korra, ilma kaugemalt seinalt peegeldumata. Z-kinnitus lühendab akustilist rada ja vähendab seinaületusi. Sageli peetakse seda silmas, kui V-tee on liiga nõrgenenud, kui toru on suur või kui setted, vooder või vedeliku tingimused nõrgendavad signaali.

W-Mount

Mõlemad andurid jäävad samale küljele, kuid kiir läbib vedelikku mitu korda. Pikem tee võib soodsates akustilistes tingimustes suurendada väikese toru mõõdetavat{1}}transiidiaja erinevust. See lisab ka peegeldusi ja sumbumist, nii et seda ei tohiks valida lihtsalt seetõttu, et pikem tee tundub tundlikum. Loodud eesmärk-väike -toruklamber-lahuselevõib anda usaldusväärsema geomeetria kui üldise anduri paigutuse sundimine väga väikesele läbimõõdule.

Kuidas valida paigaldusrada

Sisestage kontrollitud toru välisläbimõõt, seina paksus, materjal ja voodri teave.

Valige õige anduri tüüp ja vedelik.

Soovitatava tee ja vahekauguse saamiseks kasutage arvesti seadistusarvutust.

Paigaldage andurid arvutatud võrdluspunktidesse.

Kontrollige signaali amplituudi, signaali kvaliteeti ja mõõdetud helikiirust.

Kui signaal on nõrk, kontrollige esmalt parameetreid, sidestust ja joondamist; siis kaaluge lühemat või otsemat teed.

Arvutage vahekaugused ümber ja korrake diagnostilisi kontrolle, kui paigaldusmeetod muutub.

Puudub universaalne läbimõõdu piir, mis muudaks V, Z või W iga instrumendi jaoks õigeks. Anduri sagedus, toru sein, vooder, vedeliku sumbumine ja tootja akustiline mudel on kõik olulised.

Transiidiaeg vs Doppleri ultrahelivoolu mõõtmine

Siemensi võrdlus selgitab, et transiidiaeg sõltub{0}}edastusest, Doppler aga mullidest või heljuvatest ainetest peegeldunud helil. :contentReference[oaicite:8]{index=8} Eraldi juhendDoppleri ultraheli voolumõõturon kasulik, kui protsess sisaldab piisavalt reflektoreid, et muuta läbi{0}}edastus ebausaldusväärseks.

Usaldusväärseks mõõtmiseks nõutavad tingimused

Toru peaks jääma täis

Enamik suletud{0}}toru läbimise ajamõõtjaid eeldab, et akustiline tee läbib täielikult täidetud toru ja sisemine voolupiirkond on teada. Osaliselt täidetud toru muudab nii heliteed kui ka mõjuala. Kui seade ei ole ette nähtud osaliselt täidetud toru mõõtmiseks, võib tulemus muutuda ebastabiilseks või kehtetuks.

Vedelik ja toru peavad ultraheli edastama

Impulss peab läbima toru seina ja vedelikku piisava energiaga, et seda vastuvõtjas tuvastada. Gaasimullid, hõljuvad tahked ained, sisemised sadestused, tugev korrosioon, paksud või akustiliselt rasked seinad, mõned vooderdised ja halb ühendus võivad kasutatavat signaali vähendada. Praktiline küsimus ei ole selles, kas vedelik on täiesti puhas; see on see, kas stabiilne, õigesti tuvastatud edastatud impulss on saadaval kõigis protsessitingimustes.

Vooluprofiil peab olema esinduslik

Küünarnukid, pumbad, juhtventiilid, tiisid ja reduktorid võivad luua keerd- või asümmeetrilisi kiirusprofiile. Arvesti tuleks paigutada häiretest piisavalt kaugele, et profiil taastuks, järgides kehtivat mudeli juhendit. Emersoni 2025. aasta kaasaskantava-arvesti juhendis on mudeli-spetsiifilised näited 10D-st ülesvoolu ja 5D-st allavoolu pärast ühte 90-kraadist põlve ning 40D-st ülesvoolu pärast kahte 90-kraadist põlve erinevates tasapindades. Need arvud on näited, mitte universaalsed reeglid. :contentReference[oaicite:9]{indeks=9}

Sügavamaks aruteluks vaadake, kuidasebapiisav sirge toru mõjutab ultraheli voolumõõtmist.

Toru andmed peavad olema täpsed

Seadistamise kinnitamiseks{0}}kontrollige järgmist.

• tegelik välisläbimõõt või mõõdetud ümbermõõt;
• seina paksus;
• toru materjal;
• voodri materjal ja paksus;
• pinnakate;
• vedeliku identiteet ja eeldatav temperatuurivahemik.

Stabiilne signaal ei tõesta, et sisestatud geomeetria on õige. Arvesti võib lukustuda signaalile, arvutades siiski vale sisepinna või akustilise nurga.

Paigaldamise ja kasutuselevõtu protseduur

Järgmine jada koondab kõige olulisemaultraheli voolumõõturi paigaldamise märkusedpraktilisse töövoogu.

Kinnitage rakenduse sobivus.Kontrollige vedelikku, eeldatavat gaasi- ja tahkete ainete sisaldust, vooluvahemikku, toru materjali, temperatuuri, rõhku ja nõutavat mõõtmise eesmärki.

Valige täielik{0}}toru asukoht.Vältige kohti, kus gaas võib koguneda või sete võib katta akustilise tee. Horisontaalsel torul on sageli eelistatav külgkinnitus kui ülemine või alumine.

Vaadake üle ülesvoolu häired.Järgige mõõturi juhendit, selle asemel, et rakendada igale installile{0}}üks sirge käitamise reeglit.

Kontrollige torude mõõtmeid.Mõõtke seina paksust, kui andmed on ebakindlad. Ärge tuletage tegelikku siseläbimõõtu ainult nimisuuruse põhjal.

Valmistage pind ette.Eemaldage lahtine rooste, katlakivi, mustus ja ebastabiilne kate ilma toru asjatult kahjustamata.

Rakenda õige side.Õhuvahed blokeerivad ultraheli ülekande. Kasutage anakustiline sideaineühildub toru temperatuuri, materjali ja paigalduse kestusega.

Paigaldage ja joondage andurid.Määrake kindlaksmääratud vahekaugus ja võrdluspunktid, hoidke mõlemad andurid samal akustilisel tasapinnal ja kindlustage need vibratsiooni või liikumise eest.

Enne tulemuse vastuvõtmist vaadake läbi diagnostika.Veenduge, et signaali amplituud, signaali kvaliteet ja mõõdetud helikiirus on stabiilsed ja usutavad.

Kinnitage voolu väärtus.Võrrelge seda pumba töö, paagi taseme muutuse, soojusbilansi, etalonmõõturi või mõne muu sõltumatu protsessiindikaatoriga.

Diagnostika ja tõrkeotsing

Diagnostilised läved on tootja-spetsiifilised. "Hea" numbriline signaali väärtus ühel arvestil ei pruugi tähendada sama asja teisel. Kasutage instrumendi juhendit ja hinnake mitut indikaatorit koos, selle asemel, et aktsepteerida usutavat vooluhulka üksi. Saidi omaultraheli voolumõõturi tõrkeotsingjuhend võib toetada tõrke edasist eraldamist.

Täpsus ja mõõtemääramatus

Iga transiidiaja ultrahelimõõturi jaoks pole ühtset täpsusväärtust. Jõudlus sõltub konkreetsest mudelist, kalibreerimisest, toru geomeetriast, vooluprofiilist, kiirusvahemikust, signaali kvaliteedist ja paigaldusest. Toote andmelehel võib olla näidatud toimivus kindlaksmääratud tingimustel, samas kui välja määramatus hõlmab täiendavaid mõjusid.

Olulised määramatuse tekitajad on järgmised:

• Sisemine läbimõõt:mõjutab nii akustilist geomeetriat kui ka Q=v̄A kasutatavat ala.
• Seina ja voodri andmed:mõjutavad murdumist, fikseeritud transiidiaega ja andurite vahekaugust.
• Anduri paigutus:vahe- ja joondusvead muudavad eeldatavat akustilist rada.
• Nulli nihe:muutub järjest olulisemaks, kui voolukiirus läheneb nullile.
• Vooluprofiil:keeris ja asümmeetria võivad muuta ühe tee ebaesinduslikuks.
• Ajastus ja signaalitöötlus:mõjutada väga väikese{0}}transpordiaja erinevuse eraldusvõimet.
• Protsessi variatsioon:temperatuur, koostis, mullid ja sadestused võivad helisignaali muuta.

Mudeli{0}}taseme toimivuse kaalutluste kohta vaadake juhenditultraheli voolumõõturi täpsus. Kui on vaja jälgitavat tulemust, eristage paigalduse kontrollimist ametlikustvoolumõõturi kalibreerimine. NIST kirjeldab vedeliku{0}}voolu kalibreerimistpõhineb mahulistel ja gravimeetrilistel esmastel standarditel, mis illustreerivad, miks kalibreerimine peab olema seotud määratletud võrdlusväärtuse ja määramatusega. :contentReference[oaicite:10]{indeks=10}

Eelised ja piirangud

Peamised eelised

• Pole pöörlevat ega edasi-tagasi liikuvat mõõteelementi.
• Kahesuunaline mõõtmine transpordiaja{0}}vahe märgist.
• Paigaldamisel ei lisata takistusi ega mõõturit-välise klambri jaoks-keha rõhulangust.
• Sobivates rakendustes paigaldatav mõõtmine ilma protsessikontaktita.
• Kasulik akustiline diagnostika, sealhulgas mõõdetud helikiirus ja signaali kvaliteet.
• Võimalus kaasaskantavateks uuringuteks, püsiseireks ja mitmeteeliseks mõõtmiseks.

Peamised piirangud

• Liigne mullid, tahked ained või akustiline sumbumine võivad{0}}edastust takistada.
• Kinnitus{0}}tulemused sõltuvad täpsetest torude ja vooderdiste andmetest.
• Vale vahekaugus, joondus või sidumine võib põhjustada suuri vigu.
• Üks tee võib olla tundlik keeriste ja asümmeetrilise voolu suhtes.
• Mõnda mitmekihilist, betoonist, tugevalt katlakiviga või tugevalt korrodeerunud torusid on raske mõõta.
• Tavalised suletud{0}}torumõõturid ei ole ette nähtud osaliselt täidetud torude jaoks, välja arvatud juhul, kui need on spetsiaalselt selleks otstarbeks ette nähtud.

Tüüpilised rakendused

Levinudultraheli voolumõõturi rakendusedsisaldab:

• joogi-, toor- ja protsessivesi;
• jahutatud-vee- ja kuumavee{1}}süsteemid;
• kaugküte ja -jahutus;
• elektri{0}}veeahelad;
• piiratud aeratsiooniga ja tahkete osakestega puhastatud reovesi;
• õlid, süsivesinikud ja ühilduvad protsessivedelikud;
• vedelad kemikaalid;
• süsteemi tasakaalustamine, pumpade testimine ja energiaauditid;
• ajutised kontrolli- ja tõrkeotsinguuuringud.

A kaasaskantav ultraheli voolumõõturon sageli kasulik ajutiste mõõtmiste jaoks, kuid rakenduse sobivus peaks põhinema tegelikel torudel ja akustilistel tingimustel, mitte ainult vedeliku nimetusel. Toidu-, farmaatsia- ja kõrge puhtusastmega rakendused nõuavad ka sanitaarprojekti, materjalide ühilduvuse ja valideerimisnõuete ülevaatamist; väline mittekontaktne{2}}andur ei kvalifitseeru paigalduseks iga reguleeritud protsessi jaoks.

Transiidiaja ultraheli voolumõõturi valimine

Enne arvesti valimist dokumenteerige järgmised dokumendid:

Kas vedelik on kõigis töötingimustes piisavalt akustiliselt läbilaskev?

Kas gaasimullid, tahked ained või koostise muutused võivad töötamise ajal suureneda?

Kas toru jääb täiesti täis?

Kas eelistatud on kinnitusklamber-või on vastuvõetav inline arvesti?

Mis on tegelik välisläbimõõt, seina paksus, materjal ja vooder?

Mis on minimaalne, normaal- ja maksimaalne kiirus?

Kas vastupidine vool on võimalik?

Kas ühest akustilisest teest piisab või on vaja mitme tee keskmistamist?

Millise temperatuuri,{0}}ohtliku piirkonna ja keskkonna heakskiitu on vaja?

Milliseid väljundeid ja side on vaja?

Kas tulemust kasutatakse indikatsiooniks, juhtimiseks, energiaseireks, kontrollimiseks või arveldamiseks?

Millised diagnostikameetodid on saadaval, et tõestada helisignaali kehtivust?

Ärge valige ainult toru nimiläbimõõdu või pealkirja täpsuse hulgast. Arvestit, anduri sagedust, paigaldusteed, protsessi tingimusi, paigaldusgeomeetriat ja nõutavat mõõtemääramatust tuleb arvesse võtta koos.

Järeldus

Transiidiaja ultraheli voolumõõtur teeb rohkem kui kahe impulsi aja võrdlemine. See eraldab vedeliku läbimise aja fikseeritud akustilistest viivitustest, tuletab tee kiiruse, korrigeerib toru kiiruse profiili ja teisendab korrigeeritud kiiruse mahuvooluks.

Põhimõte on tugev, kui toru jääb täis, signaal võib läbida toru ja vedeliku, geomeetria on teada, andurid on õigesti paigaldatud ja vooluprofiil on representatiivne. Enne mudeli valimist registreerige vedeliku seisund, toru ehitus, vooluvahemik, paigaldusskeem, diagnostikanõuded ja mõõtmise kavandatud kasutus. See teave on väärtuslikum kui toru suuruse või pealkirja spetsifikatsiooni valimine.