अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह सेंसर, जिन्हें अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह मीटर के रूप में भी जाना जाता है, गैस मीडिया (प्राकृतिक गैस, संपीड़ित हवा और प्रक्रिया गैसों सहित) के लिए उन्नत माप तकनीक का प्रतिनिधित्व करते हैं। ये गैर-इनवेसिव उपकरण द्रव माध्यम के साथ भौतिक संपर्क के बिना गैस प्रवाह को मापने के लिए अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करते हैं, जो विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में उत्कृष्ट सटीकता और विश्वसनीयता प्रदान करते हैं। यह मार्गदर्शिका अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह सेंसर के कार्य सिद्धांतों, संरचनात्मक डिजाइन और व्यावहारिक अनुप्रयोगों की पड़ताल करती है।
अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह सेंसर का कार्य सिद्धांत:
अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह सेंसर का मूल गैस वेग को मापने के लिए ध्वनि तरंगों का उपयोग है। प्राथमिक विधि पारगमन समय सिद्धांत है, जहां अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर (सेंसर) गैस धारा के माध्यम से यात्रा करने वाले दालों का उत्सर्जन करते हैं। दो ट्रांसड्यूसर इस प्रकार स्थित हैं कि एक सिग्नल को डाउनस्ट्रीम (प्रवाह के साथ) भेजता है और दूसरा सिग्नल अपस्ट्रीम (प्रवाह के विरुद्ध) भेजता है। इन पथों के बीच का समय अंतर (Δt) गैस वेग (V) के समानुपाती होता है, जिसकी गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:
जहां L पथ की लंबाई है और t0 औसत पारगमन समय है। फिर वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर की गणना पाइप के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र से गुणा करके की जाती है। एक अन्य प्रकार हैडॉप्लर प्रभाव, जहां तरंगें गैस में बुलबुले या कणों से परावर्तित होती हैं, और आवृत्ति बदलाव अशुद्धियों वाले गैसों के लिए आदर्श वेग को इंगित करता है। उन्नत मॉडल सीधे संचरण या लैम्ब तरंगों के लिए कतरनी तरंगों का उपयोग करते हैं, जो कम दबाव या क्षीण गैसों में संकेतों को बढ़ाने के लिए पाइप की दीवार को प्रतिध्वनित करते हैं। अशांत या असममित प्रवाह को संभालने के लिए पाइप के पार बहु-पथ विन्यास (जैसे 4 या 6 पथ) औसत माप, सटीकता में सुधार। यह चित्र दर्शाता हैट्रांज़िट-समय सेटअप, यह दर्शाता है कि प्रवाह के आधार पर अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम सिग्नल कैसे भिन्न होते हैं।
मल्टी-चैनल अल्ट्रासोनिक गैस फ्लो सेंसर संरचना
मल्टी{0}}चैनल गैस अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर की संरचना में मुख्य रूप से चार भाग शामिल हैं: अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर मुख्य निकाय, दबाव ट्रांसमीटर, बुद्धिमान तापमान ट्रांसमीटर, और फ्लो कंप्यूटर। अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर मुख्य रूप से दो प्रमुख घटकों से बना है: एक माप पाइप अनुभाग है जो अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के कई जोड़े से सुसज्जित है (जिसे प्राथमिक उपकरण भी कहा जाता है); दूसरा माप, तात्कालिक प्रवाह दर प्रदर्शन और संचार कार्यों के साथ सिग्नल प्रोसेसिंग यूनिट (एसपीयू) है, जिसे आमतौर पर द्वितीयक उपकरण के रूप में जाना जाता है। निम्नलिखित चित्र एक मल्टी-चैनल अल्ट्रासोनिक के ब्लॉक आरेख को दर्शाता है
प्रवाह मीटर।
द्वितीयक उपकरण सीधे पाइपलाइन में गैस के दबाव और तापमान सेंसर से जुड़ सकता है, और आंतरिक सिग्नल रूपांतरण और मुआवजा गणना के माध्यम से, गैस वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर पर पाइपलाइन में तापमान और दबाव के मुआवजे के प्रभाव को पूरा कर सकता है, प्रवाह कंप्यूटर पर भरोसा किए बिना स्वतंत्र रूप से वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर की माप को पूरा कर सकता है। इसके अलावा, बुद्धिमान तापमान ट्रांसमीटर और दबाव ट्रांसमीटर के माध्यम से, पाइपलाइन में तापमान और दबाव के डिजिटल संकेतों को माध्यमिक उपकरण द्वारा मापा गया तात्कालिक प्रवाह वेग और वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर मूल्यों की भरपाई के लिए प्रवाह कंप्यूटर पर भी प्रेषित किया जा सकता है।
मल्टी{0}}चैनल गैस अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर का सेंसर भाग मुख्य रूप से माप पाइपलाइन भाग को संदर्भित करता है, और प्रवाह सेंसर का संरचनात्मक विश्लेषण मुख्य रूप से माप पाइपलाइन के कनेक्शन और प्रत्येक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर की स्थापना वितरण स्थिति को संदर्भित करता है। प्रवाह माप पाइपलाइन को फ़्लैंज अंत चेहरों के साथ डिज़ाइन और निर्मित किया गया है, जो सीधे संदेश देने वाली पाइपलाइन में जुड़ा हुआ है। 1998 में अमेरिकन गैस एसोसिएशन द्वारा तैयार किए गए एजीए नंबर . 9 दस्तावेज़ "प्राकृतिक गैस प्रवाह को मापने के लिए मल्टी - चैनल अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर" में, शोध कार्य ने पहले ही बताया है कि असममित वेग वितरण घटना के बिंदु से 50 डी या डाउनस्ट्रीम तक बना रहता है, और भंवर के साथ वेग प्रोफाइल 200 डी या दूर पर मौजूद हो सकते हैं (डी माप पाइपलाइन का आंतरिक व्यास है)।
इसलिए, सामान्य औद्योगिक गैस प्रवाह माप स्थलों में, प्रवाह मीटर की स्थापना स्थिति को प्रवाह वेग माप पर जटिल प्रवाह स्थितियों के प्रभाव पर विचार करना चाहिए। जीबी/टी 18604-2023 मानक के अनुसार, मल्टी{7}चैनल गैस अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर की स्थापना स्थिति के लिए निम्नलिखित सिफारिशें प्रस्तावित हैं: अपस्ट्रीम की न्यूनतम सीधी पाइप लंबाई 10D है, और डाउनस्ट्रीम की न्यूनतम सीधी पाइप लंबाई 5D है। यह सिफ़ारिश तभी स्थापित की जा सकती है जब अपस्ट्रीम स्थितियाँ अपेक्षाकृत आदर्श हों (जैसे कि बहुत छोटी भंवर तीव्रता और थोड़ा असममित वेग वितरण), और इसे माप आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए न्यूनतम आवश्यकता के रूप में माना जाना चाहिए। जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, मल्टी-चैनल गैस अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर को अल्ट्रासोनिक तरंगों की प्रसार दक्षता पर विचार करने की आवश्यकता है, माप पाइपलाइन पर एम्बेडेड और स्थापित अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर को अपनाना होगा।
नीचे दिया गया चित्र एक मल्टी{0}चैनल अल्ट्रासोनिक गैस फ्लोमीटर सेंसर के लिए चैनल लेआउट का एक योजनाबद्ध आरेख दिखाता है, जो चार{2}चैनल क्रॉस अल्ट्रासोनिक गैस फ्लोमीटर द्वारा मापी गई रिंग के आकार की पाइपलाइन संरचना को दर्शाता है।
4 चैनल क्रमशः अलग-अलग प्रवाह परतों पर व्यवस्थित हैं, और चैनल y दिशा में देखने पर एक दूसरे को पार करते हैं और z दिशा में देखने पर एक दूसरे के समानांतर होते हैं। माप पाइपलाइन में 200-250 kHz की ऑपरेटिंग आवृत्ति के साथ अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के जोड़े द्वारा गठित 4 चैनलों वाला एक मिश्रित सेंसर होता है। पाइप का व्यास D=300 मिमी, और प्रत्येक चैनल और अक्षीय दिशा के बीच का कोण φ 60 डिग्री है।
मल्टी-चैनल अल्ट्रासोनिक गैस फ्लो सेंसर संरचना के अनुप्रयोग परिदृश्य
सटीक गैस माप की आवश्यकता वाले उद्योगों में मल्टी-चैनल अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह सेंसर महत्वपूर्ण हैं:
तेल और गैस उद्योग: अभिरक्षा हस्तांतरण, पाइपलाइन निगरानी, कंप्रेसर स्टेशन, और प्राकृतिक गैस प्रणालियों में रिसाव का पता लगाना।
रसायन और पेट्रोकेमिकल: कठोर वातावरण में गैस माप की प्रक्रिया करें।
विद्युत उत्पादन और विनिर्माण: उत्सर्जन निगरानी, इन्वेंट्री नियंत्रण और दक्षता अनुकूलन।
एचवीएसी और उपयोगिताएँ: इमारतों या अपशिष्ट जल उपचार में संपीड़ित हवा और बायोगैस प्रवाह।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न: अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह सेंसर को कितनी बार अंशांकन की आवश्यकता होती है?
ए: अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह सेंसर को कमीशनिंग के समय प्रारंभिक अंशांकन की आवश्यकता होती है, आमतौर पर अनुप्रयोग की गंभीरता के आधार पर हर 2-5 साल में पुन: अंशांकन की सिफारिश की जाती है। हिरासत हस्तांतरण अनुप्रयोगों के लिए, एजीए-9 सात प्रवाह दरों पर अंशांकन की सिफारिश करता है: 100%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5%, और अधिकतम प्रवाह का 2.5%, प्रत्येक परीक्षण बिंदु का औसत 90-300 सेकंड से अधिक होता है। विनिर्माण विविधताएं और पाइपिंग स्थापना अंतर सटीकता को प्रभावित कर सकते हैं, जिससे इष्टतम प्रदर्शन के लिए अंशांकन आवश्यक हो जाता है। यांत्रिक मीटरों के विपरीत, जो काफी बहाव करते हैं, अल्ट्रासोनिक मीटर समय के साथ स्थिर सटीकता बनाए रखते हैं, क्योंकि इसमें कोई गतिशील भाग नहीं होता है, जिससे कम बार-बार पुन: अंशांकन अंतराल की अनुमति मिलती है।
प्रश्न: स्वामित्व की प्रारंभिक लागत बनाम दीर्घकालिक कुल लागत क्या है?
उत्तर: जबकि अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर में प्रारंभिक निवेश पारंपरिक मीटर से अधिक हो सकता है, कम रखरखाव, न्यूनतम डाउनटाइम और विस्तारित सेवा जीवन के कारण स्वामित्व की कुल लागत अक्सर कम साबित होती है। एक एकल अल्ट्रासोनिक गैस मीटर दो समानांतर टरबाइन मीटर (छोटे और मुख्य लोड रेल) की जगह ले सकता है, जिससे बुनियादी ढांचे की लागत कम हो जाती है। अल्ट्रासोनिक मीटरों की शुरुआती लागत महंगी होती है लेकिन कुछ विकल्पों की तुलना में सेटअप लागत कम होती है, कोई हिलने-डुलने वाले हिस्से नहीं होने के कारण न्यूनतम रखरखाव होता है। अनुकूलित सिग्नल डिटेक्शन महंगे शोर क्षीणन बुनियादी ढांचे को समाप्त करता है, और मापने वाले बिंदुओं पर रखरखाव और मरम्मत की लागत को कम करता है, जिससे उच्च अग्रिम निवेश की भरपाई होती है। बड़े व्यास वाले अनुप्रयोगों के लिए, संस्करणों पर क्लैंप महत्वपूर्ण स्थापना लागत बचत प्रदान करता है।
प्रश्न: किस नियमित रखरखाव की आवश्यकता है और कितनी बार?
उत्तर: अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह सेंसर कम रखरखाव ऑपरेशन के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जिसमें साइट की स्थितियों के आधार पर 16 महीने के अंतराल पर जांच चेहरे की सफाई, पर्ज सिस्टम और एयर फिल्टर की जांच करना और यदि आवश्यक हो तो कभी-कभी पुन: अंशांकन सहित विशिष्ट रखरखाव शामिल है। ग्रिप गैस अनुप्रयोगों जैसे धूल भरे वातावरण में, 0.1{7}}0.6 एमपीए स्वच्छ उपकरण हवा का उपयोग 3{8}}6 एल/मिनट पर स्वचालित पर्ज सिस्टम सेंसर के चेहरे को साफ रखते हैं और माप बहाव को रोकते हैं। प्लग-एंड-प्ले कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करके सेंसर को साइट पर और दबाव में बदला जा सकता है, और पाइप की दीवारों पर अशुद्धियों से मीटर संचालन सीधे प्रभावित नहीं होता है।
प्रश्न: अल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह सेंसर के लिए ऑपरेटिंग तापमान और दबाव सीमाएं क्या हैं?
उ: ट्रांसड्यूसर को एलएनजी मीटरिंग के लिए 260 डिग्री फ़ारेनहाइट से लेकर बिजली संयंत्र अनुप्रयोगों के लिए 500 डिग्री फ़ारेनहाइट तक तापमान का सामना करने के लिए विकसित किया गया है। आधुनिक सेंसर आमतौर पर मानक अनुप्रयोगों के लिए -40 डिग्री से +170 डिग्री (-40 डिग्री एफ से +338 डिग्री एफ) को संभालते हैं, विशेष उच्च तापमान वाले संस्करण 150 डिग्री से 550 डिग्री (+302 डिग्री एफ से +1022 डिग्री एफ) तक सक्षम होते हैं। दबाव सीमा 1 बार से 300 बार (14.5 से 4350 पीएसआई) तक फैली हुई है, जिसमें सेंसर 120 या 200 किलोहर्ट्ज़ की मानक आवृत्तियों पर काम करते हैं। कम दबाव वाले अनुप्रयोगों के लिए, ध्वनि संचरण के लिए न्यूनतम गैस घनत्व की आवश्यकता होती है, और लैम्ब वेव तकनीक निकट-वायुमंडलीय दबाव तक माप को सक्षम बनाती है।
