mjerenje protoka
DESCRIPTION
Mjerenje protokaTRANSCRIPT
-
PRIMJENA ULTRAZVUKA PRIMJENA ULTRAZVUKA NA MJERENJE PROTOKANA MJERENJE PROTOKA
UNIVERZITET UNIVERZITET DDEMAL BIJEDIEMAL BIJEDIMAMAINSKI FAKULTETINSKI FAKULTETMOSTARMOSTAR
Diplomski rad
KANDIDAT:Nermana Isi
MENTOR:Prof.dr.sc. Sead Pai
Mostar, decembar 2012. godine
-
Mjeriteljstvo
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Mjerenje protoka
Ultrazvuk
Mjeriteljstvo ili metrologija je nauka o mjerenju, koja obuhvata sve teoretske ipraktike aspekte mjerenja, bavi se metodama mjerenja fizikalnih veliina, ostvarivanjem i odravanjem etalona fizikalnih veliina, razvojem i izradommjerila (mjernih instrumenata, ureaja i mjernog pribora), te analizom mjernihrezultata.
Mjerenje brzine i protoka fluida ima veliku i znaajnu primjenu u industriji, nauci, medicini i mnogim vanim aspektima svakodnevnog ivota. Odreuje se brzina i protok plinova, istih tekuina i tekuine pomijeanim sa esticama.
Ultrazvuk je mehaniki fenomen koji je naao iroku primjenu u razliitim oblastima nauke i tehnologije. U mainstvu je uglavnom naao primjenu u ispitivanjima materijala bez razaranja.Princip koritenja je jednostavan. Emituje se ultrazvuni talas i mjeri se vrijeme potrebno za vraanje talasa odbijenog od prepreku, na osnovu ega se odreuju potrebne informacije o objektu ispitivanja.Ovaj princip se moe koristiti u za mjerenje protoka u sluajevima da nije mogua ugradnja mjeraa u postojeu instalaciju.
-
Osobine i primjena ultrazvukaOsobine i primjena ultrazvuka
- Zvuk je mehaniki talas koji se prostire kroz vrsta tijela, tenosti i gasove.
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Tabela 1. Podjela zvuka u kategorije prema frekventnom podruju.
Iznad 1010 HzHiperzvuk
Iznad 20 kHzUltrazvuk
Od 16 Hz do 20 kHzujni zvuk
Do 16 HzInfra zvuk
Podruje frekvencijeNaziv
- Ultrazvuk je zvuni talas sa frekvencijom veom od gornje granice ujnosti ljudskog sluha.
Slika 1. Podjela i primjena zvuka prema frekvenciji.
-
Fizikalne osobine ultrazvuka
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
- Longitudinalni talas- etiri oblika prostiranja ultrazvuka
Slika 2. Longitudinalni zvuni talas.
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
- Transverzalni talas
Slika 3. Transverzalni zvuni talas.
-
- Povrinski talasi
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
- Lamb-ovi talasiSlika 4. Povrinski talas.
Slika 5. Lamb-ov talas.
-
Jednaina prostiranja zvunih talasa
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Opta matematika formulacija irenja talasa
, sin 2 t xy x t AT
- y(x, t) - pomjeranje take koja je za x udaljena od izvora;- A - najvee pomjeranje take ili amplituda;- t - vrijeme;- - talasna duina ili udaljenost izmeu dvije najblie take
s istim pomjeranjem koje osciluju u fazi.
v fT
Brzina prostiranja ultrazvunih talasa
Brzina prostiranja za svaku sredinu je konstantna
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
F = - kxF = ma
Brzina prostiranja zavisi samo od osobina sredine
ijCv
- v - brzina zvuka (m/s), - Cij - elastina konstanta odreenom smjeru (N/m2),- - gustoa (kg/m3).
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Brzina longitudinalnih talasa u vrstim materijalima
vL - brzina zvuka za longitudinalne talase (m/s), E - Jang-ov modul (N/m2), - Poisson-ov broj.
TGv
Brzina transverzalnih talasa
vT - brzina zvuka za transverzalne talase (m/s),G modul smicanja (N/m2);..
(1 )(1 )(1 2 )L
Ev
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Tabela 2. Brzina zvuka u metalima.
33106070Titan23304660Bakar24004800elini liv32405890elik (1020) 31306320Aluminijum
Brzina transverzalnih talasa [m/s]
Brzina longitudinalnih talasa [m/s]Materijal
Priguenje zvunih talasa
Opadanje amplitude talasa
0zA A e
A0 - poetna amplituda - koeficijent priguenja (Np/m) z - rastojanje (m)
-
Akustina impedanca
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Akustika impedanca je definisana kao proizvod njegove gustoe i brzine zvuka
Z v
Z - akustika impedanca (kg/m2s) ili (N s/m3), - gustoa (kg/m3),v - brzina zvuka (m/s).
413Zrak (20C)1.48 106Voda (20C)28 106Titan
46.1 106elik41.6 106Bakar17.1 106Aluminij
Akustika impedanca(kg/m2s)Materijal
Tabela 3. Akustina impedanca.
-
- Koeficijent refleksije
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
1T R
Refleksija i prenos talasa
2
2 1
2 1
Z ZRZ Z
- Koeficijent prenosa
Prelamanje talasa
1 2
1 2
sin sin
L Lv v
vL1 i vL2: brzine talasa u prvom i drugom materijalu
1 i 2: uglovi ulaznih i prelomljenih talasa
Zakon prelamanja:
-
Promjena oblika oscilovanja
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Interferencija i difrakcija
-
Ultrazvuni senzori
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
- Bazirani na principu piezoelektrinog efekta
Principijelna ema ultrazvunih senzora.
Popreni presjek ultrazvunog senzora. Dijelovi ultrazvunog senzora.
-
Tipovi ultrazvunih senzora
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Kontaktni senzori
Imerzioni senzori
Dualni senzori
Senzori sa linijom kanjenja
Ugaoni senzori
-
Prenos ultrazvunog talasa sa senzora
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Ultrazvuk u tenostima
-Kavitacija-Disperzija-Emulzifikacija-Koagulacija
-
Protok fluida
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
- Karakteristine veliine
VVt
- Zapreminski protok
- Maseni protok
mmt
m V
Srednji maseni i zapreminski protok u intervalu [t1,t2]2 2
1 12 1 2 1
1 1( ) ( ) ( )t t
t t
m m t dt t V t dt Vt t t t
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
- Jednaina kontinuiteta
AIIvII = AI vIZa odreivanje protoka interesantna je srednja brzina strujanja.Kod krung poprenog presjeka data je sa
2 20
1 ( )2RVv v r r dr
R R
2
2( ) (1 )orv r vR
2ov v Veza maksimalnu i srednje brzine fluida naziva se koeficijent profila .
-
Pregled klasinih metoda za mjerenje protoka
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Postupci mjerenja protoka bazirani na razlici pritiska
Sapnice
Blende
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Volumetriki mjerni ureaji
Mjerni ureaji sa nepokretnom mjernom komorom
Mjerni ureaji sa pokretnim mjernim volumenom
Mjerni ureaj sa zakretnim mjernim prostorom
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Brojilo sa klipom
Brojilo sa prstenastim klipom
Brojilo sa ovalnim zupanicima
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Brojila za plin
Vlano brojilo
Suho brojilo
Woltmanov mjera protoka
Turbinski mjerai protoka
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Induktivni mjera protoka
Laser Dopplerov anemometar za mjerenje brzina fluida
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Vrtlozi iza krunocilindrinog stubaprenika d.
Termiki mjera masenog protoka.
iroskopski mjera masenog protoka
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
ULTRAZVUNIO MJERENJE PROTOKAMetode ultrazvunog mjerenja protoka
- Metoda vremena prolaza talasa kroz fluid,- Metoda promjene faze talasa i - Metoda promjene frekvencije talasa.
Karakteristike senzora koji se koriste za implementaciju ultrazvune metode mjerenja protoka su:
- tanost do 0.5 mjerenog protoka;- mjerni opseg od 0 45000 m3/h;- temeperaturni opseg mjerenog medija je od 40 oC do +200 oC.
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Metoda mjerenja vremena prolaza talasa kroz fluid
1sin
cos
D
tc v
2sin
cos
D
tc v
2
2tgvDt
c
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Modovi postavljanja senzora
Refleksni mod.
Dvostrukirefleksni mod.
Trostrukirefleksni mod.
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Metoda promjene frekvencije talasa (Doplerov efekat)
2 cosr t
t
f fv cf
Metoda promjene faze talasa
2 12 t t f
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Ultrazvuni mjerai protoka
Fiksni mjera protoka Ureaj na bazi mjerenje vremena prolaska
Ureaj na bazi Dopplerovog efekta Ureaj na bazi mjerenje fazne razlike
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Detekcija reflektovanog signala
Potpuno nepodudaranje pristiglog i referentnog talasa
Potpuno podudaranje pristiglog i referentnog talasa
Djelimino podudaranje pristiglog i referentnog talasa
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Pozicioniranje ultrazvunih senzora
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Primjena ultrazvunih protokomjera
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
MHE Treanica, 14.11.2012.
0
500
1000
1500
2000
2500
15:17
:5715
:18:07
15:18
:1715
:18:27
15:18
:3715
:18:47
15:18
:5715
:19:07
15:19
:1715
:19:27
15:19
:3715
:19:47
15:19
:5715
:20:07
15:20
:1715
:20:27
15:20
:3715
:20:47
15:20
:57
Vrijeme
Pro
tok
[l/m
in]
Promjena protoka u toku mjerenja.
Pritisak u cjevovodu u stacionarnom reimu rada MHE
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
Mjerenje protoka je vaan faktor u uspjenoj realizaciji irokog spektra djelatnosti. Zbog toga je mogunost tanog i preciznog mjerenja protoka od velike vanosti u svakodnevnoj praksi. Metoda ultrazvunog mjerenja protoka je metoda mjerenja koja je najpogodnija za sluajeve kada ne postoje odgovarajui prikljuci na cjevovodima kao i za povremena kontrolna mjerenja. Ultrazvunom metodom mjerenja protoka mogue je postizanje tanosti rezultata sa odstupanjem od 0.5%. Tanost mjerenja zavisi od poznavanja geometrije cjevovoda, akustikih osobina materijala cjevovoda, osobina fluida u cjevovodu i njegove temperature. Ograniavajui faktor za primjenu ultrazvune metode mjerenja je geometrija cjevovoda, gdje je potrebno postojanje pravolinijskih dionica na kojima je strujanje fluida ravnomjerno rasporeeno popoprenom presjeku.
ZAKLJUZAKLJUAKAK
-
N. IsiN. Isi: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka: Primjena ultrazvuka na mjerenje protoka
HVALA NA PAHVALA NA PANJI!NJI!