Фактори, влияещи върху точността на отчитане и точността на ултразвуковите разходомери в пълната скала

Фактори, влияещи върху точността на отчитане и точността на ултразвуковите разходомери в пълната скала

I. Фактори, влияещи върху свойствата на флуидите

1. Равномерност на разпределението на скоростта на потока

• Механизъм на въздействие: Ултразвуковите разходомери изчисляват скоростта на потока чрез измерване на времевата разлика (метод на времевата разлика) или честотното изместване (доплеров метод) на звуковите вълни, разпространяващи се във флуида. Това се основава на предпоставката, че разпределението на скоростта на флуида в напречното сечение на измерване е стабилно и симетрично.
• Специфични въздействия: Ако разпределението на скоростта е нарушено (напр. с вихри или нестабилен поток), скоростта по пътя на разпространение на звуковата вълна не може да представлява истинската средна скорост, което води до отклонения между измерената стойност и действителната стойност.
  • За точност на отчитане: Тъй като точността на отчитане зависи от действително измерената стойност, неравномерното разпределение на скоростта директно усилва грешките в измерването (особено при ниски дебити, където пропорцията на отклонение е по-висока).
  • За точност в пълната скала: Въпреки че еталонът за грешка е в пълната скала, разстройството на скоростта все още води до отклонение на измерената стойност от истинската стойност. Ако обаче действителният дебит е близо до пълната скала, влиянието на абсолютната грешка върху точността в пълната скала е относително контролируемо; ако дебитът е нисък, съотношението на абсолютната грешка към пълната скала може да бъде „маскирано“, но действителната относителна грешка вече се е увеличила.

2. Физични свойства на флуида

• Температура и налягане: Промените в температурата на флуида влияят на скоростта на звука (скоростта на звука се увеличава с температурата), а прекомерното налягане може да причини деформация на тръбата, променяйки пътя на разпространение на звуковата вълна. Ако измервателният уред няма компенсация на температурата/налягането, ще се появят систематични грешки.
• Вискозитет и съдържание на примеси/мехурчета: Флуидите с висок вискозитет могат да причинят забавяне на скоростта, докато мехурчетата или твърдите частици могат да разсейват или абсорбират звукови вълни, което води до затихване на сигнала, нестабилно време на разпространение или дори загуба на сигнал, което директно намалява точността на измерване.
• Вид флуид: Например, скоростта на звука в газовете и течностите се различава значително. Ако измервателният уред не е калибриран за конкретния вид флуид, и двете точности ще бъдат значително засегнати.

II. Фактори, влияещи върху условията на инсталацията

1. Позиция и метод на монтаж на сензора

• Избор на точка на монтаж: Сензорите трябва да се монтират на прави участъци от тръбите. Ако има източници на смущения нагоре по течението (като колена, клапани или помпи) и не са запазени достатъчно прави участъци от тръбите (обикновено изискващи повече от 10 пъти диаметъра на тръбата нагоре по течението и 5 пъти надолу по течението), разпределението на скоростта ще бъде нарушено (както бе споменато по-рано).
• Грешки в метода на монтаж: Отклонения в разстоянието между сензорите, неправилни ъгли на наклон (неподравнени с оста на тръбата) или неравномерно нанасяне на свързващ материал (за сензори с скоби) ще причинят грешки при измерване на дължината или ъгъла на пътя на разпространение на звуковата вълна, въвеждайки фиксирани отклонения.

2. Състояние на тръбите

• Съвместимост на диаметъра на тръбата: Ако номиналният диаметър на тръбата на разходомера не съвпада с действителния диаметър на тръбата (или не се извършва корекция на диаметъра), ще възникнат грешки във формулата за преобразуване на скоростта в потока (поток = скорост × площ на напречното сечение), което ще повлияе пряко на измерената стойност.
• Материал на тръбата и състояние на вътрешната стена: Материалът на тръбата (напр. метал, пластмаса) влияе върху проникването на звуковите вълни (пластмасовите тръби имат по-малко затихване на звуковите вълни, докато металните тръби изискват отчитане на дебелината на стената); образуването на котлен камък, корозията или увеличената грапавост на вътрешната стена ще променят пътя на отражение/пречупване на звуковата вълна, причинявайки изкривяване на сигнала.

III. Фактори на производителност на оборудването

1. Производителност на сензора

• Честота и чувствителност: Работната честота на сензора трябва да съответства на свойствата на флуида (например, ниски честоти са необходими за флуиди с висок вискозитет, за да се намали затихването); недостатъчната чувствителност ще доведе до невъзможност за идентифициране на слаби сигнали, което ще намали стабилността на измерването.
• Способност за предотвратяване на смущения на сигнала: Ако способността на сензора да филтрира звукови вълнови сигнали е недостатъчна, той е податлив на смущения от вибрации на тръбите и шум от турбулентност на флуида, което води до колебания в измерените стойности и увеличени случайни грешки.

2. Хардуер и алгоритми на измервателните уреди

• Възможност за обработка на сигнала: Времевата разлика на разпространението на звуковата вълна обикновено е на наносекундно ниво. Ако точността на синхронизация на измервателния уред (напр. честота на дискретизация, стабилност на тактовия сигнал) е недостатъчна или ако има дрейф в схемата за усилване/филтриране на сигнала, ще се въведат систематични грешки.
• Оптимизация на алгоритмите: Усъвършенстваните алгоритми за цифрова обработка на сигнали (напр. адаптивно филтриране, многоканална технология за измерване) могат да намалят шумовите смущения и да компенсират грешките, причинени от неравномерно разпределение на скоростта, подобрявайки точността на отчитане; обратно, опростените алгоритми ще усилят отклоненията в измерването.

IV. Фактори на смущения в околната среда

1. Външен шум и вибрации

• Механичните вибрации в промишлени обекти (напр. от помпи или двигатели) могат да причинят изместване на сензора или резонанс на тръбите, променяйки пътя на разпространение на звуковата вълна; силен шум (напр. високочестотни електромагнитни сигнали, акустични смущения) може да заглуши ефективните сигнали, което води до скокове в измерените стойности.

2. Електромагнитни смущения (EMI)

V. Настройка на обхвата и коефициенти на калибриране

1. Рационалност на определянето на обхвата

• За точност на пълната скала: Ако диапазонът на пълната скала е зададен твърде голям (значително надвишаващ действителния максимален дебит), действителният дебит ще остане в ниския диапазон за дълго време. Абсолютната грешка на точността на пълната скала (±b% × пълната скала) ще се увеличи значително пропорционално на ниския дебит (напр. пълна скала = 1000 m³/h, действителен дебит = 100 m³/h, ±1% грешка на пълната скала = ±10 m³/h, с относителна грешка от ±10%).
• За точност на отчитане: Задаването на твърде малък обхват ще доведе до превишаване на обхвата при високи дебити, което ще доведе до пренасищане на измерените стойности; задаването на твърде голям обхват не влияе директно на относителната грешка в точността на отчитане (тъй като грешката е свързана с действителната стойност), но силата на сигнала може да е недостатъчна при ниски дебити, което косвено увеличава грешките.

2. Качество на калибрирането

• Калибрирането е основният процес за определяне на „отклонението между измерените стойности и истинските стойности“. Ако калибровъчното оборудване има недостатъчна точност или процесът на калибриране е нестандартен (напр. няма многоточково калибриране в целия диапазон), систематичната грешка на измервателния уред ще се увеличи и както точността на отчитане, така и точността на пълната скала ще се отклонят от номиналните си стойности.

VI. Обобщение

• Основни общи фактори: Разпределението на скоростта на флуида, стандартизацията на инсталацията, производителността на сензора, смущенията от околната среда и качеството на калибрирането са фундаментални фактори, влияещи върху двете точности, като директно определят отклонението между измерените стойности и истинските стойности.
• Диференцирани въздействия: Настройката на обхвата има по-значително влияние върху точността в пълния мащаб (относително усилване на грешката при ниски дебити); точността на отчитане, от друга страна, зависи повече от способността на алгоритъма за обработка на сигнала да улавя сигнали за нисък поток и да компенсира грешките, причинени от неравномерно разпределение на скоростта.