Как да подобрим точността на ултразвуковия разходомер?

Значи сте инвестирали вултразвуков разходомер. Добър избор-без движещи се части, минимална поддръжка, прилична точност направо от кутията. Но ето нещо, което никой наистина не ви казва предварително: точността, която виждате в спецификационния лист? Това е при идеални условия. Вашето растение не е идеално. Тръбите ти не са идеални. Нищо никога не е.

Нека да поговорим за това какво всъщност влияе на вашите показания и какво можете да направите по въпроса.

Ето къде нещата стават интересни. Ултразвуковият разходомер не измерва потока директно-той измерва разликата във времето между ултразвуковите вълни, движещи се нагоре и надолу по течението. Математиката предполага определен скоростен профил в напречното-сечение на тръбата. А този профил? Променя се въз основа на нещо, наречено число на Рейнолдс.

Когато Re е под 2300, имате ламинарен поток. Течността се движи в гладки, успоредни слоеве. Профилът на скоростта изглежда като парабола-най-бързо в центъра, нула по стените. Над 4000? Това е турбулентен поток и профилът се изравнява значително. Между 2300 и 4000 е тази неудобна преходна зона, където потокът не може да реши какво иска да бъде.

Защо това има значение? Тъй като вашият измервателен уред изчислява средната скорост въз основа на това, което ултразвуковият път „вижда“. Ако е калибриран за турбулентен поток, но работите ламинарно, ще получите грешно число. Точка.

Разпределението на скоростта в ламинарни условия следва параболичен модел, където скоростта на централната линия може да бъде два пъти по-голяма от средната скорост. При турбулентен поток профилът е много по-плосък-скоростта на централната линия е само около 1,2 пъти средната. Това е огромна разлика, когато се опитвате да постигнете ±1% точност.

Това е корекционният коефициент K, за който никой не иска да говори, защото математиката бързо става грозна.

Ултразвуковият метод за време на преминаване измерва скоростта по конкретна хорда през тръбата. Това не е средната скорост, от която се нуждаете за изчисляване на обемния поток. Имате нужда от корекционен коефициент, за да преодолеете тази празнина.

За турбулентни условия емпиричната връзка изглежда така:

K=1.119 - 0.011×lg(Re)

За ламинарен поток това е съвсем различно уравнение:

V̄=KVₗкъдето Re > 10⁵

И за Re < 10⁵:

V̄=[1.119 - 0.011×lg(Re)]Vₗ=KVₗ

Въпросът е, че-фърмуерът на вашия измервателен уред вероятно има някаква вградена-компенсация, но той прави предположения за вашите условия на потока. Ако тези предположения са погрешни, това е и вашето четене. Някои от по-интелигентните измервателни уреди ви позволяват да въведете вискозитета на течността и да го регулирате автоматично. Повечето не го правят.

Вероятно сте чували това: инсталирайте измервателния уред с 10 диаметъра на тръбата направо нагоре по течението и 5 диаметъра надолу по течението. Отпечатано е във всяко ръководство за инсталиране. Това, което те не подчертават достатъчно е, че това еминимумза сравнително чисти условия.

Имате ли помпа нагоре по течението? Добавете още. Клапан? повече. Два лакътя в различни равнини? Може да се нуждаете от 30D или повече, преди профилът на потока да се установи достатъчно за точно измерване.

Ето какво се случва, ако пренебрегнете това: профилът на скоростта става асиметричен или съдържа компоненти на завихряне. Ултразвуковият път осреднява нещо, което не представлява истинския среден поток. Получавате номер, разбира се. Просто не правилният.

Виждал съм инсталации, при които някой бутна измервателния уред веднага след контролен вентил, защото "там имаше място". Показанията бяха отклонени с 8%. Осем процента. На заявление за прехвърляне на попечителство.

Ultrasonic Flow Meter Accuracy

Скоростта на звука във вашата течност не е постоянна. Тя варира в зависимост от температурата. И тъй като вашият ултразвуков измервателен уред основно измерва времето, всяка грешка в скоростта на звука се превръща директно в грешка на потока.

Връзката е приблизително:

C=C₂₀(1 + bT)

Където C₂₀ е скоростта на звука при референтна температура (обикновено 0 градуса или 20 градуса), b е температурният коефициент за вашата конкретна течност, а T е действителната температура.

Повечето съвременни измервателни уреди имат вградени температурни сензори. Добре. Но дали са калибрирани? Кога са били проверявани за последно? Сензорът, поставен в термогнездо, изпитва термично забавяне. По време на преходни условия показаната температура може да се различава с няколко градуса от действителната температура на течността.

За приложения с висока{0}}прецизност ще искате да проверите дали вашата температурна компенсация действително работи по предназначение. Грешка от 10 градуса в отчитането на температурата може да доведе до отклонение при измерването на потока с 1-3% в зависимост от течността.

Това е по-скоро полеви проблем, отколкото проблем с дизайна, но има значение.

Ултразвуковите преобразуватели трябва да бъдат прецизно подравнени. При скоба-на измервателни уреди връзката между сондата и стената на тръбата е критична. Въздушни пролуки, корозирали повърхности на тръби, боя, ръжда-всяко от тях може да отслаби сигнала или да създаде фалшиви отражения.

За мокрите преобразуватели ъгълът на монтаж определя къде ултразвуковият лъч пресича потока. Няколко градуса отклонение и вие измервате хорда, която не представлява диаметъра, който мислите.

Вградените измервателни уреди от фабриката обикновено са добри. Това са инсталациите на място и преоборудването, където нещата отиват настрани.

Повечето ултразвукови измервателни уреди имат някакъв вид индикатор за качество на сигнала. Обърнете внимание на това.

Ниската сила на сигнала означава, че измервателният уред се бори да открие точно разликата във времето на преминаване. Това може да се случи поради увлечени въздушни или газови мехурчета, суспендирани твърди частици, отслабващи сигнала, влошаване на състоянието на стената на тръбата и неправилно разстояние на сондата върху скобата-на инсталациите.

Измервателите от-висок клас ви позволяват да регулирате настройките за усилване, за да компенсирате. Но увеличаването на усилването също усилва шума. Има приятно място и намирането му понякога изисква проба и грешка.

Ултразвуковите измервателни уреди работят чудесно с чисти, хомогенни течности. Но реалните промишлени процеси не винаги са чисти или хомогенни.

Увлечените газови мехурчета се разпръскват и абсорбират ултразвукова енергия. Дори 1-2% газ по обем може да причини проблеми. Суспендираните твърди частици правят същото, въпреки че ефектът зависи до голяма степен от размера на частиците и концентрацията. Силно вискозните течности може да не развият очаквания профил на скоростта, особено при ниски скорости на потока, където е по-вероятно да сте в ламинарен или преходен режим.

Познайте своята течност. Ако условията се променят сезонно или с производствените цикли, вашата точност също ще се промени.

Ultrasonic Flow Meter Accuracy

Едно{0}}измервателните уреди са по-евтини и по-прости. Изпращат един лъч през тръбата и го наричат ден. Точността зависи в голяма степен от това единично измерване, представляващо истинската средна стойност.

Много{0}}измервателите използват 2, 4 или дори повече акустични пътища на различни позиции на акорда. Те ги интегрират математически, за да получат много по-добро приближение на действителния профил на скоростта. Резултатът? По-добра точност дори при условия на нарушен поток.

Ако се опитвате да изстискате всяка последна десета от процента от измерването си, много{0}}пътът е правилният начин. За общ контрол на процеса, където ±2% е добре, един-път обикновено върши работа.

Ето проверка на реалността: всички разходомери се променят с времето. Ултразвуковите измервателни уреди са по-малко от повечето, тъй като няма механично износване, но не са имунизирани.

Стареене на трансдюсера, дрейф на електрониката, промени в стените на тръбата от корозия или отлагания-всичко това влияе върху точността. Точността на спецификациите е за нов, правилно инсталиран, правилно поддържан измервателен уред.

Как се проверява? Опциите включват изпращане на измервателния уред в лаборатория за калибриране (скъпо, изисква отстраняване), използване на главен измервателен уред в серия за сравнение (практично за течни приложения) и гравиметрично или обемно доказване (златен стандарт, но често непрактично).

Най-малкото тренирайте диагностичните си данни. Силата на сигнала намалява с времето? Проучете. Транзитните времена се променят? Нещо се променя.

Ултразвуковите разходомери могат да бъдат невероятно точни - 0,5% или по-добри при идеални условия. Но постигането и поддържането на тази точност изисква внимание към инсталацията, условията на процеса и текущата проверка.

Най-големите грешки, които виждам? Лоши инсталационни практики, пренебрегващи изискванията за прав ход, пренебрегване на температурната компенсация и приемане, че фабричното калибриране е все още валидно след години на експлоатация.

Направете правилно тези неща и ще получите точността, за която сте платили. Пропуснете ги и може би сте купили по-евтин измервателен уред.