Arbeits prinzip und Kalibrierung des Ultraschall-Durchfluss messers

Ein Ultraschall-Durchfluss messer ist ein Geschwindigkeit durchfluss messer, der Ultraschall impulse zur Messung des Flüssigkeits flusses verwendet. Es verfügt über einen berührungs losen Betrieb, einen breiten Messbereich, einfache Portabilität und Installation, starke Anpassungs fähigkeit an Rohr durchmesser, Benutzer freundlich keit und einfache Digitalis ierung. Es ist weit verbreitet für die Messung von Gas-und Flüssigkeits geschwindigkeit und-fluss vor Ort. In diesem Artikel werden die Konstruktion prinzipien der am häufigsten verwendeten Ultraschall-Durchfluss messer vorgestellt, die Mess unsicherheit ihrer Messfehler analysiert und bewertet sowie Methoden zur Verbesserung der Mess genauigkeit vor Ort erörtert.

I. Mess prinzip von Ultraschall-Durchfluss messgeräten

Das Funktions prinzip eines Ultraschall-Durchfluss messers ist in Abbildung 1 dargestellt. Es sind zwei Ultraschalls onden installiert: Der nach geschaltete Wandler A überträgt Ultraschall impuls signale, und der stroma ufwärts gerichtete Wandler B empfängt sie. Die Wandler werden unter Verwendung der externen Klemm-Z-Methode montiert, eine auf jeder Seite einer Flüssigkeits leitung in einem bestimmten Abstand. Der Innen durchmesser der Rohrleitung beträgt d, die nach geschaltete Ultraschall geschwindigkeit V und der Winkel θ zwischen der Ultraschall ausbreitung richtung und der Flüssigkeits strömungs richtung ist θ.

2. Analyse der Mess unsicherheit

Der Fluid durchfluss nach Formel (3) besteht aus vier Teilen: dem Innen durchmesser des Rohrs d, der theoretischen Schall geschwindigkeit C in der gemessenen Flüssigkeit, die Tangente des Schallwellen brechung winkels tanθ, Und die Zeit differenz Δt zwischen dem Vorwärts-und Rückfluss des durch den Wandler AB fließenden Fluids. Die Analyse der Mess unsicherheit ist wie folgt:

1. Bewertung der Unsicherheit, die durch die Wiederholbar keit der Messung des Innen durchmessers des Rohrs d

gemäß der **-Norm, der Nenn durchmesser des Rohrs D und die Dicke der Rohre s sind nur ungefähre Nenn abmessungen. Der Außen durchmesser des Rohrs D und die Dicke des Rohrs müssen jedes Mal gemessen werden. Daher hat diese Unsicherheit zwei Komponenten, nämlich die Mess wiederholbar keit des gemessenen Objekts und die Mess unsicherheit des vor Ort verwendeten Messgeräts. Nach unseren tatsächlichen Messergebnis nissen vor Ort beträgt die Mess unsicherheit des Innen durchmessers des Rohrs d im Allgemeinen Urel (d) = 0,5% (k = 2); daher, die Standard unsicherheit, die durch die Messung des Rohr innen durchmessers d eingeführt wird, beträgt:

url (d) = urel(d) / k = 0,5%/2 = 0,25%

2. Auswertung der Unsicherheit, die durch die Messung der Fluid schallgeschwindigkeit C, url (C)

Nach den technischen Daten wird diese Unsicherheit als Klasse B bewertet. Die Unsicherheit der Schall geschwindigkeit messung in der gemessenen Flüssigkeit beträgt:

Urel(C) = 0,6% (k = 2). Dies kann direkt angegeben werden:

urel (C) = Urel (C) / k = 0,6%/2 = 0,3%

3. Unsicherheit durch die Mess wiederholbar keit des Abstands l zwischen den Wandlern A und B

Bewertung der Unsicherheit von url (l) die Mess unsicherheit des Abstands l zwischen dem nach geschalteten Wandler A und dem vor geschalteten Wandler B besteht aus zwei Komponenten: der Mess wiederholbar keit des Messobjekts und der Mess unsicherheit des vor Ort verwendeten Messgeräts. Basierend auf unserer tatsächlichen Erfahrung der Feld messung ist die Standard unsicherheit, die durch die Mess wiederholbar keit des Abstands l zwischen den Wandlern A und B entsteht. Die Unsicherheit beträgt im Allgemeinen

Urel(l) = 0,6% (k = 2):

Urel(l) = s/k = 0,5%/2 = 0,25%

4. Einführung in den Zei tunter schied Δt zwischen Vorwärts-und Gegenstrom fluss durch Wandler AB

Bewertung der Unsicherheit u(Δt) die Zeit differenz Δt zwischen Vorwärts-und Gegenstrom fluss durch die Wandler AB in einem Ultraschall-Durchfluss messer wird gemessen, indem die Zeit t1 von dem vom Wandler A nach B in Vorwärts strömungs richtung und t2 von der Puls, der in Gegenstrom richtung von B nach A übertragen wird (Siehe Abbildung 1). Gemäß der Formel (1) werden seine Unsicherheit komponenten haupt sächlich durch den Abstand l zwischen dem nach geschalteten Wandler A und dem vor geschalteten Wandler B bestimmt, der innere Rohr durchmesser d, und die Schall geschwindigkeit C in der gemessenen Flüssigkeit. Die Mess genauigkeit von Zeit und Frequenz ist die höchste unter allen Mess disziplinen. Der Fehler, der durch die Ultraschall-Durchfluss messer-Puls-Timing-Messung verursacht wird, kann ignoriert werden. Der Abstand l, der Rohr innen durchmesser d und die Schall geschwindigkeit C in der gemessenen Flüssigkeit sind in anderen Unsicherheit komponenten enthalten. Daher kann die Unsicherheit u (Δt), die durch die Zeit differenz Δt zwischen den stroma ufwärts-und stroma bwärtigen Flüssigkeiten, die durch die Wandler AB strömen, eingeführt wird, ignoriert werden.

III. Methoden zur Verbesserung der Genauigkeit der Feld messung von Ultraschall-Durchfluss messgeräten

Bei Feld messungen besteht der erste Schritt darin, eine umfassende Analyse verschiedener Faktoren durch zuführen. Diese Faktoren haben alle einen gewissen Einfluss auf die endgültigen Messergebnisse, wie unten gezeigt.

1. Die Auswirkungen von Unsicherheit in der Schall geschwindigkeit C und empirische Methoden zur Verbesserung der Genauigkeit der Feld messung

Bevor Feld messungen beginnen, sollte das gemessene Medium bereit gestellt werden. Wenn das Medium ein Gas ist, sollten die spezifische Gas zusammensetzung, die Betriebs temperatur und der Betriebs druck bereit gestellt werden. Die Ultraschall-Schall geschwindigkeit kann durch Konsultation der relevanten Standards unter Verwendung der obigen Informationen erhalten werden. Der Einfluss der Schall geschwindigkeit C des Arbeits mediums auf den Ultraschall durchfluss messer hat weniger Einfluss auf die Messergebnisse. Wenn das Medium eine Flüssigkeit ist, sollten der spezifische Flüssigkeits name, der Betriebs druck, die Betriebs temperatur, der Betriebs druck und das Vorhanden sein von Schwebe teilchen in der Flüssigkeit bereit gestellt werden. Die Schall geschwindigkeit seins tellung sollte Temperature ffekte berücksichtigen. Die Schall geschwindigkeit wässriger Lösungen ist größer als die von Wasser, und für die meisten Flüssigkeiten ist die Schall geschwindigkeit umso schneller, je höher die Temperatur ist. Wenn sich viele Partikel in der Flüssigkeit befinden (jedoch innerhalb des Messbereichs), gibt es zwei Ansätze: 1. gleichmäßig verteilte Partikel. In diesem Fall ist das Signal relativ stabil, was es schwierig macht, durch Messung zu erfassen. Das gemessene Medium sollte die Ursache und Art der Partikel liefern. Sobald der Partikel typ bekannt ist, kann die Schall geschwindigkeit der Flüssigkeit angemessen eingestellt werden, und die Signal qualität kann verglichen werden, um genauere Messergebnisse zu erhalten. ② Bei ungleich mäßigen Partikeln schwankt die Signal intensität erheblich. In diesem Fall besteht der beste Ansatz darin, über einen langen Zeitraum zu messen und die Messwerte an mehreren Punkten mit guter Signal qualität zu mitteln.

2. Abstand l zwischen den Wandlern A und B und dem Innen durchmesser des Rohrs d

Die Auswirkungen der Wiederholbar keit der Messung und der Methoden zur Verbesserung der Mess genauigkeit vor Ort: wählen Sie bei der Auswahl der Mess leitung einen geraden, stabilen Abschnitt des Arbeits mediums, der vom Ventil der Pumpstation entfernt ist. Wenn das Medium in der Pipeline flüssig ist, wählen Sie auch einen Rohr abschnitt aus, der weniger wahr schein lich Sediment ation am Boden und Luft ansammlung oben verursacht. Messen Sie zunächst mit der vertikal installierten Sonde, dann horizontal. Wenn die Differenz zwischen den beiden Messungen innerhalb des maximal zulässigen Fehlers des Ultraschall-Durchfluss messers liegt und andere Parameter unverändert sind, fahren Sie nach weiteren Parameter einstellungen mit der nächsten Messung fort. Andernfalls wählen Sie die Pipeline für die Messung erneut aus (wenn die Differenz zwischen den beiden Messungen den zulässigen Fehler des Ultraschall-Durchfluss messers übers ch reitet, zeigt dies an, dass der Rohr abschnitt nicht mit dem Arbeits medium gefüllt ist).

Bei der Einstellung detaillierter Parameter für die nächste Messung sind die Hauptfaktoren, die die Mess genauigkeit beeinflussen, der Abstand l zwischen den Wandlern A und B und der Innen durchmesser d des Rohrs. Der Abstand l wird im Allgemeinen mit einem Stahl lineal oder einem Vernier-Bremssattel gemessen, basierend auf dem Abstand l. Zur Messung des Innen durchmessers d des Rohrs, Ein Vernier-Bremssattel kann direkt verwendet werden, wenn der Außen durchmesser des Rohrs klein ist. Bei größeren Rohren ist es am besten, ein Präzisions stahl lineal zu verwenden, um den Umfang zu messen und dann den Durchmesser zu berechnen. Bei der Messung von Rohren mit starken inneren Ablagerungen und Verschmutzungen können die Rohrwand parameter s erhöht und die Schall geschwindigkeit der Wand verringert werden. Bei der Messung von Rohren mit starker innerer Korrosion können die Rohrwand parameter s verringert werden, die Schall geschwindigkeit der Wand bleibt jedoch unverändert.

Basierend auf dem Prinzip der Transit zeit Ultraschall-Durchfluss messer analysiert und bewertet dieses Papier die Mess unsicherheit von Ultraschall-Durchfluss messer fehlern. Basierend auf der jahrelangen Erfahrung unseres Instituts in der Feld prüfung von Ultraschall-Durchfluss messern schlagen wir einige wichtige Punkte zur Verbesserung der Feld mess genauigkeit von Ultraschall-Durchfluss messern vor und erläutern sie.

Ethan Liu

Ethan Liu ist der Spezialist für technische Inhalte von JUJEA und übersetzt komplexe Konzepte für die Sensor integration und industrielle Automatisierung in praktische Erkenntnisse für Ingenieure, System integratoren, Beschaffungs fachleute und Entscheidung träger weltweit.