गैस अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर एक फ्लोमीटर को संदर्भित करता है जो बहने वाली गैस के साथ एक पाइपलाइन पर स्थापित होता है और अल्ट्रासोनिक सिद्धांत के माध्यम से गैस प्रवाह को मापता है। एकल {{1} पथ गैस अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी केवल एक ध्वनिक पथ से सुसज्जित उपकरण को संदर्भित करता है, जबकि दो या दो से अधिक ध्वनिक पथ वाले गैस अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी को बहु {{2}पथ गैस अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी कहा जाता है।
अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर कैसे काम करता है? गैस अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर के साथ प्रवाह वेग को मापने का मूल सिद्धांत गैसीय माध्यम में अल्ट्रासोनिक तरंगों के प्रसार समय को मापकर प्रवाह वेग, प्रवाह दर, घनत्व और गैस तरल पदार्थ के अन्य मापदंडों की गणना करना है। यह अध्याय मुख्य रूप से पारगमन समय अल्ट्रासोनिक प्रवाह माप के संचालन सिद्धांत और प्रवाह माप को प्रभावित करने वाले कारकों का विश्लेषण करता है, और प्रवाह माप सटीकता में सुधार करने के तरीके पर सिमुलेशन अध्ययन करता है, ताकि बहु-पथ गैस अल्ट्रासोनिक प्रवाह माप विधियों और तंत्र मॉडलिंग के अध्ययन की तैयारी की जा सके।
पारगमन के संचालन सिद्धांत का विश्लेषण-समय अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह माप
पारगमन समय अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह माप विधि एक गैस प्रवाह माप विधि है जिसमें, गैस की समान पथ लंबाई पर, डाउनस्ट्रीम और अपस्ट्रीम यात्रा करने वाले दो अल्ट्रासोनिक संकेतों के बीच प्रसार समय अंतर का उपयोग ध्वनिक पथ के साथ औसत गैस प्रवाह वेग निर्धारित करने के लिए किया जाता है। जब अल्ट्रासोनिक तरंगें बहते हुए गैसीय माध्यम में फैलती हैं, तो उनकी प्रसार गति गैस प्रवाह वेग के साथ भिन्न होती है।
अधिक विशेष रूप से, अल्ट्रासोनिक तरंगों की प्रसार गति गैस प्रवाह वेग के समान दिशा में बदलती है: जब गैस प्रवाह वेग बढ़ता है, तो उसी दिशा में फैलने वाली अल्ट्रासोनिक तरंग का वेग भी तदनुसार बढ़ जाता है; इसके विपरीत, यदि गैस प्रवाह वेग अल्ट्रासोनिक प्रसार दिशा के विपरीत बढ़ता है, तो अल्ट्रासोनिक वेग तदनुसार कम हो जाएगा।
अल्ट्रासोनिक पाइप की मूल संरचना-फ्लो सेंसर
जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, दो अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर जो अल्ट्रासोनिक दालों को प्रसारित करने और प्राप्त करने में सक्षम हैं (जिन्हें जांच या ट्रांसड्यूसर कहा जाता है) पाइपलाइन के एक तरफ या दोनों तरफ लगे होते हैं। संचारण और प्राप्त करने वाले ट्रांसड्यूसर के बीच अल्ट्रासोनिक सिग्नल के वास्तविक पथ को ध्वनिक पथ कहा जाता है; इस प्रकार, ट्रांसड्यूसर की एक जोड़ी एक ध्वनिक पथ बनाती है। ट्रांसड्यूसर और द्रव माध्यम के बीच एक ध्वनि संचारित करने वाली झिल्ली या ध्वनिक वेवगाइड दीवार का एक भाग व्यवस्थित होता है। एकल - पथ अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर में, दो अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के बीच वेवगाइड लाइन उपकरण की धुरी को काटती है।
चित्र. 2.1 पारगमन के सिद्धांत का योजनाबद्ध आरेख{{1}समय अल्ट्रासोनिक प्रवाह माप
जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, पाइप का व्यास डी है। पाइपलाइन के दोनों किनारों पर लगे ट्रांसड्यूसर ए और बी के अंतिम चेहरों के बीच सीधी रेखा की दूरी ध्वनिक पथ लंबाई एल है (जिसे ध्वनिक दूरी एल भी कहा जाता है), और व्यास डी के साथ इसका संबंध है
चित्र. 2.1 ध्वनिक {{1}पथ की लंबाई और पाइप व्यास के बीच ज्यामितीय संबंध {{2}पारगमन समय अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर
जहां φ ध्वनिक पथ का झुकाव कोण है, अर्थात ध्वनिक पथ और पाइप अक्ष के बीच का कोण। ध्वनिक पथ का झुकाव कोण अल्ट्रासोनिक तरंग का आपतित कोण भी है। आपतित कोण φ द्रव में ध्वनि की गति के साथ-साथ वेज और पाइप दीवार सामग्री में ध्वनि की गति से प्रभावित होता है।
सामान्य तौर पर, ठोस पदार्थों में तापमान के साथ ध्वनि की गति में भिन्नता गैसीय पदार्थों की तुलना में कम होती है। जब तापमान भिन्नता बड़ी नहीं होती है, तो माप सटीकता पर वेज और पाइप दीवार सामग्री के प्रभाव को नजरअंदाज किया जा सकता है; हालाँकि, जब तापमान भिन्नता सीमा बड़ी होती है, तो वेज और पाइप दीवार सामग्री में ध्वनि की गति में बड़े बदलाव को ठीक किया जाना चाहिए।
30 डिग्री के घटना कोण वाले ट्रांसड्यूसर के लिए, ट्रांसमिशन गुणांक अपेक्षाकृत अधिक है, ऊर्जा हानि छोटी है, और आवश्यक उत्तेजना वोल्टेज कम है। ऐसा ट्रांसड्यूसर हैंडहेल्ड अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर के लिए उपयुक्त है जो एसी बिजली आपूर्ति का उपयोग करने के लिए सुविधाजनक नहीं है। 45 डिग्री के घटना कोण वाले एक ट्रांसड्यूसर में अपेक्षाकृत कम संचरण गुणांक होता है, लेकिन यह एक बड़े ट्रांसड्यूसर चिप और उच्च उत्तेजना वोल्टेज को अपना सकता है, और इसलिए यह निश्चित अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर या उन लोगों के लिए उपयुक्त है जो एसी बिजली की आपूर्ति का उपयोग कर सकते हैं।
पारगमन का संचालन सिद्धांत -समय अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह माप
पारगमन {{0}समय अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह {{1}माप तकनीक गैसीय माध्यम में डाउनस्ट्रीम और अपस्ट्रीम में फैलने वाली अल्ट्रासोनिक तरंगों के बीच समय अंतर को मापकर, ध्वनिक पथ और अक्ष द्वारा गठित विमान पर अक्षीय औसत प्रवाह वेग Vz निर्धारित करती है। अल्ट्रासोनिक तरंगों का पारगमन समय डाउनस्ट्रीम और अपस्ट्रीम दिशाओं में भिन्न होता है। डाउनस्ट्रीम पारगमन समय है:
चित्र. 2.2 डाउनस्ट्रीम अल्ट्रासोनिक ट्रांजिट-समय समीकरण
और अपस्ट्रीम पारगमन समय है
चित्र. 2.3 अपस्ट्रीम अल्ट्रासोनिक ट्रांजिट-समय समीकरण
जहाँ C स्थिर मापित द्रव में अल्ट्रासोनिक तरंगों की ध्वनि गति है, अर्थात ध्वनि की गति; Vz अल्ट्रासोनिक पथ और पाइप अक्ष द्वारा निर्मित विमान पर अक्षीय दिशा में द्रव का औसत प्रवाह वेग है, जिसे पथ{{2}औसत वेग भी कहा जाता है।
जब आंतरिक पाइप वातावरण के कारण ध्वनि की गति भिन्नता के प्रभाव पर विचार नहीं किया जाता है, तो पथ के लिए अभिव्यक्ति औसत वेग है
चित्र. 2.4 पथ के लिए अभिव्यक्ति{{1}औसत अक्षीय वेग
अल्ट्रासोनिक तरंग के डाउनस्ट्रीम पारगमन समय tD और अपस्ट्रीम पारगमन समय tU को मापकर, अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम प्रसार के बीच का समय अंतर इस प्रकार प्राप्त किया जाता है
चित्र. 2.5 अपस्ट्रीम-डाउनस्ट्रीम ट्रांज़िट की परिभाषा-समय का अंतर
पारगमन समय विधि का उपयोग करके, एक ध्वनिक पथ का औसत वेग प्राप्त किया जा सकता है। विभिन्न ध्वनिक पथों के औसत वेगों के आधार पर, और उपयुक्त एल्गोरिदम का उपयोग करके, संपूर्ण क्रॉस सेक्शन के लंबवत औसत वेग की गणना की जा सकती है, जिसे वॉल्यूम {{4} औसत वेग वी कहा जाता है।
अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम अल्ट्रासोनिक प्रसार के बीच पारगमन समय अंतर को मापकर पाइपलाइन द्रव (मात्रा) औसत वेग V को मापने की विधि को पारगमन {{1} समय अल्ट्रासोनिक प्रवाह - माप विधि कहा जाता है। एक प्रवाहमापी जो ट्रांज़िट{{4}समय अल्ट्रासोनिक विधि का उपयोग करके पाइपलाइन द्रव प्रवाह को मापता है उसे ट्रांजिट{{5}समय अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी कहा जाता है।
पारगमन के ध्वनिक पथ पर पथ{{0}औसत वेग{{1}समय अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी और पाइपलाइन में आयतन{{2}औसत वेग के बीच संबंध है
चित्र. 2.6 प्रवाह की परिभाषा-वेग सुधार कारक
जहां K को प्रवाह वेग सुधार कारक कहा जाता है। प्रवाह वेग सुधार कारक प्रवाहमापी के माप अनुभाग में वेग वितरण प्रोफ़ाइल के गणितीय मॉडल से लिया गया है। पाइपलाइन में गैस प्रवाह व्यवस्था के अनुसार, प्रवाह वेग सुधार कारक प्राप्त किया जा सकता है। इस प्रकार, समीकरण (2.4) और (2.6) से, पाइपलाइन में औसत गैस वेग है
चित्र. 2.7 पाइप के बीच संबंध{{1}औसत वेग और पथ{{2}औसत वेग
वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर समीकरण (2.7) से प्राप्त की जा सकती है
चित्र . 2.8 वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह - दर समीकरण
जहां A पाइप का क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र है।
वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर के दबाव और तापमान मुआवजे के बाद, द्रव्यमान प्रवाह दर के रूप में प्राप्त किया जा सकता है
चित्र . 2.9 दबाव-तापमान-संपीड़न सुधार के साथ द्रव्यमान प्रवाह - दर समीकरण
जहां Z गैस संपीड्यता कारक है; P0 और P क्रमशः मानक स्थितियों और वास्तविक स्थितियों पर दबाव पैरामीटर हैं; T0 और T क्रमशः मानक स्थितियों और वास्तविक स्थितियों में तापमान मान हैं; और ρ0 मानक परिस्थितियों में गैसीय माध्यम का घनत्व है।
एक बार प्रवाह वेग प्राप्त हो जाने पर, एक निश्चित अवधि में दिए गए व्यास के पाइप से गुजरने वाले तरल पदार्थ की मात्रा की गणना की जा सकती है। 1 घंटे में पाइप से गुजरने वाले प्रवाह की मात्रा F 79 है:
चित्र. 2.10 पारगमन समय माप के आधार पर पाइप के माध्यम से तरल पदार्थ की प्रति घंटा मात्रा {{2} पारगमन समय अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर कार्य सिद्धांत
मल्टी-पथ अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह मापन का मूल संचालन सिद्धांत
गैस अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी को एकल {{0}पथ और बहु{1}}पथ प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है, जो दोनों अल्ट्रासोनिक प्रवाह माप के लिए पारगमन {{2}समय सिद्धांत पर आधारित हैं। वर्तमान में, विदेशों में समान उत्पादों के बीच, ध्वनिक पथों की संख्या छह तक हो सकती है। एक बहु{{5}पथ अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी में, ViV_iVi iii{{8}वें ध्वनिक पथ पर पथ{7}औसत वेग का प्रतिनिधित्व करता है। इसे डाउनस्ट्रीम और अपस्ट्रीम अल्ट्रासोनिक ट्रांज़िट समय को मापकर, उनके बीच के समय के अंतर की गणना करके और फिर पथ के औसत वेग की गणना करके प्राप्त किया जाता है।
प्रत्येक ध्वनिक पथ के पथ{{0}औसत वेग और प्रवाह वेग सुधार कारकों के बीच संबंध के अनुसार, पाइपलाइन में आयतन{{2}औसत गैस वेग का अनुमान इस प्रकार लगाया जा सकता है
चित्र. 2.11 बहु{{1}पथ भारित औसत वेग समीकरण-अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर कैसे काम करता है
जहां WiW_iWi प्रत्येक ध्वनिक पथ का भार गुणांक है, और इसका मान अपनाए गए एकीकरण एल्गोरिदम पर निर्भर करता है।
चित्र. 2.12 मल्टी{{1}पथ वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह-दर समीकरण{{3}अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर यह कैसे काम करता है
सिद्धांत रूप में, जितने अधिक ध्वनिक पथ होंगे, माप सटीकता उतनी ही अधिक होनी चाहिए। हालाँकि, व्यावहारिक अनुभव से पता चला है कि जब क्रॉस सेक्शन में ध्वनिक पथों की संख्या चार तक पहुँच जाती है, तो पथों की संख्या बढ़ाने से सटीकता में सुधार करने में बहुत कम योगदान होता है, जबकि विनिर्माण लागत में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।
अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह मापन को प्रभावित करने वाले कारकों का विश्लेषण
गैस अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर के प्रवाह वेग और प्रवाह दर गणना सूत्रों के अनुसार, प्रवाह वेग या प्रवाह दर कई पहलुओं से संबंधित है, जैसे मापने वाले पाइप के ज्यामितीय पैरामीटर, प्रवाह वेग सुधार कारक (या भार गुणांक), और अल्ट्रासोनिक प्रसार समय के मापा मूल्य। इन पहलुओं से निम्नलिखित विश्लेषण किया जाता है।
प्रवाह का सुधार-वेग कारक और माप सटीकता में सुधार
उपर्युक्त पारगमन {{0}समय गैस अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी में, अध्ययन उस आदर्श स्थिति पर आधारित है जिसमें पथ{{1}औसत वेग पाइप क्रॉस{{2}सेक्शन पर समान रूप से वितरित होता है। व्यावहारिक स्थितियों में, पाइप क्रॉस सेक्शन में तरल पदार्थ के गैर-समान वेग वितरण के कारण, गणना द्वारा प्राप्त वेग वास्तव में अल्ट्रासोनिक प्रसार की दिशा और अक्षीय दिशा के साथ पथ का औसत वेग है, जो मापा अल्ट्रासोनिक पारगमन समय अंतर से प्राप्त होता है। अंतिम गणना की गई वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर अनिवार्य रूप से त्रुटियां उत्पन्न करेगी। माप सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, दोनों के बीच संबंध निर्धारित करना और द्रव यांत्रिकी सिद्धांतों का उपयोग करके वास्तविक मापा वेग को सही करना आवश्यक है; यानी, वॉल्यूमेट्रिक फ्लोमीटर से मापते समय एक प्रवाह दर सुधार कारक K पेश किया जाता है।
पाइपलाइनों में द्रव प्रवाह की जटिलता के कारण, परिणामी वेग वितरण भी जटिल होते हैं। वर्तमान अनुसंधान मुख्य रूप से आदर्श परिस्थितियों में वेग वितरण तक सीमित है, यानी, लामिना प्रवाह के तहत वेग वितरण और चिकनी पाइपों में पूरी तरह से विकसित अशांत प्रवाह। लैमिनर प्रवाह और अशांत प्रवाह पाइपों में तरल पदार्थों की दो मूलभूत प्रवाह अवस्थाएँ हैं। लामिनार प्रवाह उस स्थिति को संदर्भित करता है जिसमें द्रव कणों की कोई अनुप्रस्थ गति नहीं होती है और केवल अक्षीय गति पर विचार किया जाता है; अशांत प्रवाह उस स्थिति को संदर्भित करता है जिसमें द्रव कणों में अक्षीय और अनुप्रस्थ दोनों गति होती है। चूँकि अलग-अलग पाइपलाइन प्रवाह स्थितियों के तहत प्रवाह विशेषताएँ भिन्न-भिन्न होती हैं, इसलिए अलग-अलग वेग वितरण प्राप्त होते हैं।
किसी तरल पदार्थ की प्रवाह विशेषताएँ पाइप में औसत वेग, गतिज चिपचिपाहट और पाइप व्यास से संयुक्त रूप से प्रभावित होती हैं, जबकि रेनॉल्ड्स संख्या ReReRe प्रवाह स्थिति के मूल्यांकन के लिए एक महत्वपूर्ण सूचकांक है। जब पुनः<2300Re < 2300Re<2300, the flow is laminar; when Re>4000Re > 4000Re>4000, the flow is turbulent. Re=2300Re = 2300Re=2300 is usually taken as the critical value for the transition from laminar to turbulent flow. When Re>2300Re > 2300Re>2300, द्रव अशांत अवस्था में संक्रमण करना शुरू कर देता है, और इस संक्रमण क्षेत्र को आम तौर पर अशांत प्रवाह के रूप में भी माना जाता है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
ट्रांज़िट-समय अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाहमापी क्या है?
एक ट्रांज़िट-समय अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाहमापी डाउनस्ट्रीम और अपस्ट्रीम दोनों में अल्ट्रासोनिक दालों को भेजकर और उनके पारगमन समय के अंतर से प्रवाह वेग की गणना करके गैस प्रवाह को मापता है।
एकल {{0}पथ और बहु-पथ अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी के बीच क्या अंतर है?
एक एकल {{0} पथ प्रवाहमापी ट्रांसड्यूसर की एक जोड़ी और एक ध्वनिक पथ का उपयोग करता है, जबकि एक बहु - पथ प्रवाहमापी वेग प्रोफ़ाइल को बेहतर ढंग से पकड़ने और सटीकता में सुधार करने के लिए विभिन्न ऊंचाइयों या कोणों पर कई ध्वनिक पथों का उपयोग करता है।
प्रवाह वेग सुधार कारक की आवश्यकता क्यों है?
क्योंकि एक पाइप में वेग वितरण पूरी तरह से एक समान नहीं है, एकल ध्वनिक पथ के साथ मापा गया वेग क्रॉस-अनुभागीय औसत वेग के बराबर नहीं है। एक सुधार कारक दोनों को जोड़ता है।
कौन से कारक अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह माप सटीकता को प्रभावित करते हैं?
मुख्य कारकों में वेग प्रोफ़ाइल विरूपण, स्थापना की स्थिति, रेनॉल्ड्स संख्या, गैस संरचना और ध्वनि की गति, तापमान और दबाव में परिवर्तन, और सिग्नल प्रोसेसिंग त्रुटियां शामिल हैं।
