それで、あなたはに投資しました超音波流量計。良い選択です。-可動部品がなく、メンテナンスも最小限で、箱から出してすぐに十分な精度が得られます。しかし、誰も事前に教えてくれないのは、仕様書に記載されている精度です。それは理想的な条件下でのことです。あなたの工場は理想的ではありません。あなたのパイプは理想的ではありません。何もありません。
実際に何が測定値に影響を与えるのか、そしてそれに対して何ができるのかについて話しましょう。
レイノルズ数問題 (そしてそれが思っている以上に重要な理由)
ここからが興味深いことになります。超音波流量計は流量を直接測定しません-上流と下流に伝わる超音波の時間差を測定します。計算では、パイプ断面全体にわたる特定の速度プロファイルを前提としています。-そしてそのプロフィールは？レイノルズ数と呼ばれるものに基づいて変化します。
Re が 2300 未満の場合、層流になります。流体は滑らかな平行な層内を移動します。速度プロファイルは放物線のように見えます。-中央で最も速く、壁ではゼロになります。 4000以上？これは乱流であり、プロファイルは大幅に平坦になります。 23:00 と 4000 の間には、流れがどのようなものになりたいのか完全に決定できない、この厄介な移行ゾーンがあります。
なぜこれが重要なのでしょうか?なぜなら、メーターは超音波経路が「見た」ものに基づいて平均速度を計算しているからです。乱流用に校正されていても層流で実行している場合、間違った数値が得られるでしょう。期間。
層流状態の速度分布は放物線パターンに従い、中心線速度が平均速度の 2 倍になることがあります。乱流では、プロファイルははるかに平坦になります-中心線速度は平均の約 1.2 倍に過ぎません。 ±1% の精度を達成しようとしている場合、これは大きな違いです。
流速補正係数
これは、計算がすぐに醜くなるため、誰も話したくない補正係数 K です。
超音波伝播時間法では、パイプ内の特定の弦に沿った速度を測定します。これは体積流量の計算に必要な平均速度ではありません。そのギャップを埋めるには補正係数が必要です。
乱流条件の場合、経験的な関係は次のようになります。
K= 1.119 - 0.011×lg(Re)
層流の場合、まったく異なる方程式になります。
V̄=KVₗここで Re > 10⁵
Re < 10⁵ の場合:
V̄=[1.119 - 0.011×lg(Re)]Vₗ=KVₗ
重要なのは、-メーターのファームウェアにはおそらく何らかの補正機能が組み込まれていると考えられますが、-それは流量の状態を想定しているということです。もしそれらの仮定が間違っているなら、あなたの読み方も間違っています。スマートメーターの中には、液体の粘度を入力して自動的に調整できるものもあります。ほとんどはそうではありません。
直管の要件: 10D/5D ルール
おそらくこれを聞いたことがあるでしょう。上流に 10 の直管直径、下流に 5 の直径のメーターを設置します。すべての設置説明書に記載されています。彼らが十分に強調していないのは、これが最小適度にきれいな状態に。
上流にポンプはありますか？さらに追加します。バルブ？もっと。 2 つの肘が異なる平面にありますか?流量プロファイルが正確な測定に十分に安定するまでに、30D 以上が必要になる場合があります。
これを無視すると、速度プロファイルが非対称になるか、渦成分が含まれるようになります。超音波経路は、真の平均流量を表さないものを平均化します。確かに番号はわかりますね。ただ、正しいものではありません。
「そこにスペースがあったから」という理由で、誰かが制御バルブの直後にメーターを押し込んだ設置を見たことがある。測定値は 8% オフでした。 8パーセント。親権譲渡申請について。
温度補償-見落とされている要素
流体中の音速は一定ではありません。温度によって異なります。また、超音波計は基本的に時間を測定するものであるため、音速の誤差は流量誤差に直接変換されます。
関係はおよそ次のとおりです。
C=C₂₀(1 + bT)
ここで、C₂₀ は基準温度 (通常は 0 度または 20 度) での音速、b は特定の流体の温度係数、T は実際の温度です。
最近のメーターのほとんどには温度センサーが組み込まれています。しかし、それらは校正されていますか?最後にチェックされたのはいつですか?サーモウェル内にあるセンサーには熱遅れが発生します。過渡状態では、温度測定値が実際の流体温度から数度異なる場合があります。
高精度アプリケーションの場合は、温度補償が実際に意図したとおりに機能していることを確認する必要があります。{0}温度読み取り値に 10 度の誤差があると、流体に応じて流量測定が 1 ～ 3% 狂う可能性があります。
振動子の設置角度とカップリング
これは設計の問題というよりも現場の問題ですが、重要です。
超音波トランスデューサーは正確に位置合わせする必要があります。クランプオン メーターでは、トランスデューサとパイプ壁の間の結合が重要です。-エアギャップ、腐食したパイプ表面、塗装、錆-これらは信号を減衰させたり、誤った反射を引き起こしたりする可能性があります。
湿式トランスデューサの場合、設置角度によって超音波ビームが流れと交差する場所が決まります。数度ずれると、あなたが想定している直径を表さない弦を測定することになります。
工場から出荷されたインラインメーターは通常は問題ありません。物事が横道に逸れるのは、現場での設置と改造です。
信号品質とゲインの設定
ほとんどの超音波メーターには、何らかの信号品質インジケーターが付いています。注意してください。
信号強度が低いということは、メーターが通過時間の差を正確に検出するのに苦労していることを意味します。これは、混入した空気やガスの泡、信号を減衰させる浮遊物質、パイプ壁の状態の劣化、クランプオン設置時のトランスデューサの間隔が正しくないなどが原因で発生する可能性があります。-
ハイエンドのメーターではゲイン設定を調整して補正できます。-ただし、ゲインを上げるとノイズも増幅されます。スイートスポットがあり、それを見つけるには試行錯誤が必要になる場合があります。
無視できない流体の特性
超音波メーターは、清潔で均質な流体に対して優れた効果を発揮します。しかし、実際の産業プロセスは必ずしもクリーンまたは均質であるとは限りません。
取り込まれた気泡は超音波エネルギーを散乱させて吸収します。体積比 1 ～ 2% のガスでも問題が発生する可能性があります。浮遊固体も同様の作用をしますが、その効果は粒子サイズと濃度に大きく依存します。粘度の高い流体は、特に層流または移行領域に入る可能性が高い低流量の場合に、期待した速度プロファイルを実現できない可能性があります。
自分の体液を知りましょう。季節や生産サイクルによって条件が変化すると、精度も変化します。
マルチ{0}}パスと単一-パス: アップグレードの価値がある場合
シングルパスメーターは安価でシンプルです。-彼らはパイプにビームを1本送り、それで終わりです。精度は、真の平均を表す単一の測定値に大きく依存します。
マルチパス メーターは、さまざまなコード位置で 2、4、またはそれ以上の音響パスを使用します。{0}}これらを数学的に統合して、実際の速度プロファイルをより正確に近似します。結果？乱れた流れ条件でも精度が向上します。
測定値から最後の 10 パーセントまで絞り込みたい場合は、マルチパスが最適です。{0} ±2% が問題ない一般的なプロセス制御の場合、通常は単一のパスで十分に機能します。
定期的な検証と校正
ここで現実を確認してください。すべての流量計は時間の経過とともに変動します。超音波メーターは機械的磨耗がないため、ほとんどのメーターよりも性能が低くなりますが、影響を受けないわけではありません。
トランスデューサの経年劣化、電子機器のドリフト、腐食や堆積物によるパイプ壁の変化{0}}これらはすべて精度に影響します。仕様シートの精度は、正しく設置され、適切に保守された新しいメーターに対するものです。
どうやって確認するのですか？オプションには、メーターを校正ラボに送る（高価で、取り外しが必要）、比較のためにマスターメーターを直列に使用する（液体用途に実用的）、重量または体積測定による証明（ゴールドスタンダードだが、多くの場合非現実的）が含まれます。
少なくとも、診断データの傾向を分析します。時間の経過とともに信号強度が低下しますか?調査する。移動時間は変動しますか?何かが変わってきています。
結論
超音波流量計は、理想的な条件下では信じられないほどの精度 (0.5% 以上) を実現します。ただし、その精度を達成および維持するには、設置、プロセス条件、および継続的な検証に注意を払う必要があります。
私が見た最大の間違いは何でしょうか？直進動作要件を無視し、温度補償を無視し、工場出荷時の校正が何年も使用した後も有効であると仮定する不適切な設置方法。
これらを正しく行うと、支払った対価に見合った精度が得られます。それらをスキップすれば、より安価なメーターを購入したほうが良いでしょう。
