マルチパス超音波流量計とは何ですか?
マルチパス超音波流量計は、音波伝播の原理を使用して流体の流れを測定する高精度の機器です。-シングルパス流量計と比較して、マルチパス設計では、複数の音響パスを採用することで測定精度と応答速度が向上します。の構造設計測定パイプの形状は、流量計の性能を確保するための重要な要素です。
マルチパス超音波流量計の構造設計
マルチパス超音波流量計の測定パイプを設計するときは、次の 3 つの基本原則を最初に考慮する必要があります。
流れの均一性
パイプの設計では、均一な流体の流れを確保し、局所的な乱流や流れの不均一性によって引き起こされる測定誤差を回避する必要があります。{0}}
音波伝播特性
パイプの設計では、音波がパイプ全体に均一に伝播し、パイプ壁、流体特性、または音響伝播に影響を与えるその他の要因によって引き起こされる減衰や干渉を最小限に抑えることができるようにする必要があります。
センサー配置
正確な測定データを確保するには、音響送信機と受信機の位置とレイアウトを合理的に配置する必要があります。
パイプの幾何学的形状と寸法が音波の伝播に直接影響することは注目に値します。パイプ直径の選択は、公称圧力、媒体の設計圧力、媒体温度、流量範囲、および流量計の最適性能範囲に基づいて行う必要があります。パイプの直径を大きくすると、流体の流れの乱れを減らすことができますが、音響の減衰が大きくなる可能性があります。一般に、パイプの直径は流体の流量と速度に応じて合理的に選択する必要があります。
知らせ
パイプの長さは流れの均一性に重要な影響を与えます。一般に、パイプの長さは、流体が完全に安定した流れになり、測定に対する入口と出口の外乱の影響を軽減できるように十分に長い必要があります。
マルチパス超音波流量計の寸法
寸法は呼び径DN(mm)、長さL(mm)、高さH(mm)、幅D(mm)、内部流路径φd(mm)、ボルト穴径φnとなります。流量計はフランジ接続を採用しており、フランジ寸法は GB/T 9124.1-2019 鋼管フランジ、パート 1: PN シリーズに準拠しています。
この超音波流量計の動作原理は、高耐ノイズ設計技術を採用しており、内蔵の 3 段プレート{{2}タイプのフロー コンディショナまたはその他の構造的な内蔵フロー コンディショナを備えています。{{0}{1}}超音波流量計の上流および下流の直管に必要な長さは、図に示す要件を満たす必要があります。
直管の長さの要件
一方向超音波ガス流量計（フローコンディショナー内蔵）の場合、流れの方向に沿って、上流側の直管の長さは 5D 以上、下流側の直管の長さは 3D 以上である必要があります。-
一方向超音波ガス流量計（フローコンディショナーが組み込まれていない）の場合、流れ方向に沿って、上流側の直管の長さは 10D 以上、下流側の直管の長さは 5D 以上である必要があります。-
のために双方向超音波流量計（整流器を内蔵していない双方向タイプ）、流れ方向に沿って、推奨される上流側直管長さは 10D 以上、下流側直管長さは 10D 以上である必要があります。
双方向超音波流量計（整流器内蔵双方向タイプ）の場合、流れ方向に沿って、上流側直管長さは 5D 以上、下流側直管長さは 5D 以上を推奨します。
外部構造寸法の考慮に加えて、測定パイプの材料の選択も音波の伝播と流体の流れにとって重要です。パイプ材料は、波の伝播中に材料の吸収によって引き起こされる信号の減衰を減らすために、低い吸音特性を備えている必要があります。一般的な材料には、ステンレス鋼、特殊プラスチック、複合材料などがあります。長期使用中の腐食や化学反応を防ぐために、材料の選択は流体媒体と適合するものでなければなりません。-腐食性の高い流体の場合は、通常、ステンレス鋼または耐食性合金が選択されます。-材料を選択する際には、温度、湿度、高圧、低圧などの環境要因も考慮する必要があります。
超音波流量計アプリケーションのマルチパス
マルチパス超音波ガス流量計は主に、音響信号を送受信する対称、交差、または環状音響路構成の超音波センサー、超音波センサーを配管に固定する配管アダプター、センサーから受信した音響信号を処理する信号処理ユニットで構成されます。信号処理ユニットには、アンプ、フィルタ、アナログ-から-へのデジタル変換器、およびアナログ信号をデジタル信号に変換して流速を計算するその他のコンポーネントが含まれています。
超音波振動子 パイプの配置方法
超音波管式流量計の測定管内における音響経路の配置方法には、主に図に示すように、平行配置、平行/交差配置、十字配置、ネットワーク配置などがあります。
並列配置により管内の速度分布を十分に反映することができます。交差配置により、2 つの交差する音響経路によって測定された流速を比較することにより、システム誤差を低減できます。したがって、これら 2 つの構成は実際に広く使用されています。ネットワーク構成により、反射による音響伝播距離が長くなり、パイプ内の速度分布を完全に反映できます。ただし、信号の減衰が非常に激しいため、主に実験室での実験研究で使用されます。現在、国際的にはパラレル配置とクロス配置が最も一般的に使用されています。
選択した配置に関係なく、最終的な目標は流量計の性能を向上させることです。音響パスの位置と各パスの重み付け係数は、パイプ内の流体流量測定の精度に直接影響します。最適な音響経路レイアウトと重み分布を調査するために、多くの研究者が研究を実施し、ニューラル ネットワーク アルゴリズムや遺伝的アルゴリズムなどの一連のデータ融合手法を提案してきました。ただし、これらの新しい手法はほとんどが理論研究段階にとどまっています。現在、一般的に使用されている音響パス レイアウト スキームには、ガウス ルジャンドル、チェビシェフ、テイラード、および OWICS スキームが含まれます。各方式では、音響経路の相対位置とその重み付け係数は固定されており、ルックアップ テーブルから取得できます。これらのレイアウト方式は、マルチパスガス流量測定において優れたパフォーマンスを実証しています。
