Was ist ein Mehrweg-Ultraschall-Durchflussmesser?
Ein MehrwegUltraschall-Durchflussmesserist ein hochpräzises Instrument, das den Flüssigkeitsfluss mithilfe des Prinzips der Ausbreitung akustischer Wellen misst. Im Vergleich zu Einzelpfad-Durchflussmessern verbessern Mehrpfad-Designs die Messgenauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit durch den Einsatz mehrerer akustischer Pfade. Derstrukturelles DesignDie Qualität des Messrohrs ist ein entscheidender Faktor für die Gewährleistung der Leistung des Durchflussmessers.
Struktureller Aufbau von Mehrweg-Ultraschall-Durchflussmessern
Bei der Auslegung des Messrohres eines Mehrwege-Ultraschall-Durchflussmessers müssen zunächst die folgenden drei Grundprinzipien berücksichtigt werden:
Gleichmäßigkeit des Durchflusses
Das Rohrdesign muss einen gleichmäßigen Flüssigkeitsfluss gewährleisten und Messfehler vermeiden, die durch lokale Turbulenzen oder Strömungsungleichmäßigkeiten verursacht werden.
Ausbreitungseigenschaften akustischer Wellen
Die Rohrkonstruktion muss sicherstellen, dass sich akustische Wellen gleichmäßig im gesamten Rohr ausbreiten können, und die durch Rohrwände, Flüssigkeitseigenschaften oder andere Faktoren, die die Schallausbreitung beeinflussen, verursachte Dämpfung oder Interferenz minimiert werden.
Sensoranordnung
Die Positionen und Anordnung der akustischen Sender und Empfänger müssen sinnvoll angeordnet sein, um genaue Messdaten zu gewährleisten.
Es ist zu beachten, dass die geometrische Form und die Abmessungen des Rohrs einen direkten Einfluss auf die Ausbreitung akustischer Wellen haben. Die Auswahl des Rohrdurchmessers muss auf Nenndruck, Auslegungsdruck des Mediums, Mediumstemperatur, Durchflussbereich und dem optimalen Leistungsbereich des Durchflussmessers basieren. Ein größerer Rohrdurchmesser kann Störungen des Flüssigkeitsflusses verringern, aber auch zu einer stärkeren akustischen Dämpfung führen. Im Allgemeinen sollte der Rohrdurchmesser entsprechend der Durchflussrate und Geschwindigkeit der Flüssigkeit angemessen ausgewählt werden.
Beachten
Die Länge des Rohres hat einen wichtigen Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Strömung. Im Allgemeinen sollte die Rohrlänge ausreichend lang sein, damit sich die Flüssigkeit zu einem vollständig stabilisierten Fluss entwickeln kann, wodurch der Einfluss von Einlass- und Auslassstörungen auf die Messung verringert wird.
Abmessungen des Mehrweg-Ultraschall-Durchflussmessers
Zu den Maßanforderungen gehören der Nenndurchmesser DN (mm), die Länge L (mm), die Höhe H (mm), die Breite D (mm), der Innendurchmesser des Durchflusskanals φd (mm) und der Bolzenlochdurchmesser φn. Der Durchflussmesser verfügt über Flanschverbindungen und die Flanschabmessungen entsprechen GB/T 9124.1-2019 Steel Pipe Flanges, Teil 1: PN-Serie.
Dieses Funktionsprinzip des Ultraschall-Durchflussmessers nutzt eine hochentstörte -Lärmschutztechnologie und ist mit einem eingebauten-drei-Stufen-Strömungskonditionierer vom Plattentyp- oder anderen strukturell eingebauten-Strömungskonditionierern ausgestattet. Die erforderlichen geraden Rohrlängen vor und nach dem Ultraschall-Durchflussmesser müssen den in den Abbildungen dargestellten Anforderungen entsprechen.
Anforderungen an die Länge gerader Rohre
Bei einem unidirektionalen Ultraschall-Gasdurchflussmesser (mit integriertem Strömungskonditionierer) muss entlang der Strömungsrichtung die Länge des stromaufwärtigen geraden Rohrs größer oder gleich 5D und die Länge des stromabwärtigen geraden Rohres größer oder gleich 3D sein.
Bei einem unidirektionalen Ultraschall-Gasdurchflussmesser (ohne eingebauten -Strömungskonditionierer) muss entlang der Strömungsrichtung die Länge des stromaufwärtigen geraden Rohrs größer oder gleich 10D und die Länge des stromabwärtigen geraden Rohres größer oder gleich 5D sein.
Für einenbidirektionaler Ultraschall-Durchflussmesser(bidirektionaler Typ ohne eingebauten Strömungskonditionierer), entlang der Strömungsrichtung muss die empfohlene Länge des geraden Rohrs stromaufwärts größer oder gleich 10D sein, und die Länge des geraden Rohrs stromabwärts muss größer oder gleich 10D sein.
Bei einem bidirektionalen Ultraschall-Durchflussmesser (bidirektionaler Typ mit integriertem Strömungskonditionierer) muss die empfohlene Länge des geraden Rohrs auf der Stromaufwärtsseite in Strömungsrichtung größer oder gleich 5D sein und die Länge der geraden Rohre auf der Stromabwärtsseite muss größer oder gleich 5D sein.
Neben Überlegungen zu den äußeren Strukturabmessungen ist auch die Auswahl der Messrohrmaterialien für die Ausbreitung akustischer Wellen und den Flüssigkeitsfluss wichtig. Rohrmaterialien müssen geringe akustische Absorptionseigenschaften aufweisen, um die durch Materialabsorption während der Wellenausbreitung verursachte Signaldämpfung zu reduzieren. Zu den gängigen Materialien gehören Edelstahl, Spezialkunststoffe und Verbundwerkstoffe. Die Materialauswahl muss mit dem flüssigen Medium kompatibel sein, um Korrosion oder chemische Reaktionen während des Langzeitbetriebs zu verhindern. Für stark korrosive Flüssigkeiten werden üblicherweise Edelstahl oder korrosionsbeständige Legierungen gewählt. Bei der Materialauswahl sollten auch Umweltfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, hoher und niedriger Druck berücksichtigt werden.
Mehrweganwendungen für Ultraschall-Durchflussmesser
Ein Mehrweg-Ultraschall-Gasdurchflussmesser besteht hauptsächlich aus Ultraschallsensoren zum Senden und Empfangen akustischer Signale, symmetrischen, gekreuzten oder ringförmigen akustischen Pfadkonfigurationen, Rohradaptern, die die Ultraschallsensoren am Rohr befestigen, und einer Signalverarbeitungseinheit, die für die Verarbeitung der von den Sensoren empfangenen akustischen Signale verantwortlich ist. Die Signalverarbeitungseinheit umfasst Verstärker, Filter, Analog-zu--Wandler und andere Komponenten, die analoge Signale in digitale Signale umwandeln und die Strömungsgeschwindigkeit berechnen.
Ultraschallwandler-Rohranordnungsmethode
Es gibt viele Möglichkeiten, die akustischen Pfade des Ultraschall-Rohrdurchflussmessers im Messrohr anzuordnen, hauptsächlich einschließlich Parallelanordnung, Parallel-/Kreuzanordnung, Kreuzanordnung und Netzwerkanordnung, wie in Abbildung dargestellt.
Durch die parallele Anordnung kann die Geschwindigkeitsverteilung im Rohr vollständig wiedergegeben werden. Die Kreuzanordnung kann Systemfehler reduzieren, indem die von zwei gekreuzten Schallpfaden gemessenen Strömungsgeschwindigkeiten verglichen werden. Daher werden diese beiden Anordnungen in der Praxis häufig verwendet. Die Netzwerkanordnung vergrößert die Schallausbreitungsstrecke durch Reflexionen und kann die Geschwindigkeitsverteilung im Rohr vollständig widerspiegeln; Die Signaldämpfung ist jedoch extrem stark, weshalb sie hauptsächlich in der experimentellen Laborforschung eingesetzt wird. Derzeit sind die Parallel- und Kreuzanordnungen international am weitesten verbreitet.
Unabhängig von der gewählten Anordnung besteht das ultimative Ziel darin, die Leistung des Durchflussmessers zu verbessern. Die Positionen der akustischen Pfade und die Gewichtungskoeffizienten jedes Pfads haben einen direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Flüssigkeitsdurchflussmessung im Rohr. Um optimale akustische Pfadlayouts und Gewichtsverteilungen zu untersuchen, haben viele Forscher Studien durchgeführt und eine Reihe von Datenfusionsmethoden vorgeschlagen, beispielsweise neuronale Netzwerkalgorithmen und genetische Algorithmen. Diese neuen Methoden verbleiben jedoch meist im theoretischen Forschungsstadium. Zu den derzeit häufig verwendeten akustischen Pfadlayoutschemata gehören die Schemata Gaussian-Legendre, Chebyshev, Tailored und OWICS. In jedem Schema sind die relativen Positionen der akustischen Pfade und ihre Gewichtungskoeffizienten fest und können aus Nachschlagetabellen abgerufen werden. Diese Layout-Schemata haben eine gute Leistung bei der Mehrweg-Gasdurchflussmessung gezeigt.
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