Clamp-on og anden kontaktfri flowmåling TEKNOLOGISK INSTITUT

Transkript

1 Clamp-on og anden kontaktfri flowmåling Claus Melvad TEKNOLOGISK INSTITUT 1

2 Indhold Ultralydsbaseret flowmåling Transit time og Doppler Clamp-on vs. wetted Z,V,W profil måling (transit time) Single path vs. multi path De generelle forbedringsforslag Tomografisk måling / Multi-fase flowmåling Temperaturmåling 1D/2D Laser Doppler Velocimetry (LDV) Partikle Image Velocimety (PIV) Resultater fra sammenligning Ultralyd clamp-on vs. LDV vs. Gravimetrisk reference Kalibrering on-site med clamp-on ultralydsflowmåler 2

3 Ultralydsbaseret flowmåling - Funktionsprincip Transit time model Forskel i transmissionstid med og mod flowet Bedre SNR i væske end i gas Doppler model Frekvensskift Kræver partikler (behov for seeding er følsomhedsafhængigt) De oplagte fordele Ingen flowforstyrrelse Ingen trykfald Slidstærk Kan bruges til aggressive væsker og gasser (ved clamp-on) Kan let transporteres (ved clamp-on) 3

4 Ultralydsbaseret flowmåling - Definitioner Clamp-on Total berøringsfri montering uden på røret Wetted (våde) Ingen flowobstruktion Skelnes generelt i to typer: Inserted Man borer huller og installerer i røret Flow-cell Erstatter et rørstykke Måleusikkerhed Flowcell < Inserted < Clamp-on 4

5 Ultralydsbaseret flowmåling Målemetoder (Transit time model) Metodevalg kommer an på rørdiameter, monteringsforhold, belægninger, turbulensforhold og medium Z V W store rør mest robust (belægning, turbulens) den gyldne middelvej små rør 5

6 Ultralydsbaseret flowmåling single vs. multi path Single-path Billigere Multi-path >2 sæt Lavere måleusikkerhed 6

7 Ultralydsbaseret flowmåling Begrænsninger og Forbedringsforslag Røret skal være fyldt med det samme (eller med en velkendt fase og materialeegenskaber) Doppler har generelt nemmere ved at måle rigtigt i de tilfælde hvor der f.eks. er flere faser (bobler og fase) Afstand mellem flowmeter og flowforstyrrelser rørdiametre før og 5 rørdiametre efter (afhængigt af størrelse og type) Flowprofil indgår i ligningssæt Shear flow Bevidst forstyrrelse for at kende flowprofilet Partiklerne skal følge flowet ved Doppler modellen Vægtykkelse : Rørdiameter forhold 7

8 Udvikling: Tomografisk måling / Multi-fase flowmåling 3-4 Transducer fordelt på 2 tværsnit kan begynde at måle shear flow >4 Transducer fordelt på 2 tværsnit (multipath) kan begynde at tage hensyn til flowprofil >12 Transducer fordelt på 1 tværsnit anvendes til tomografi Simpleste shear flow måling Artifakt måling Reelt artifakt Måle princip Resultat (forskønnet) 8

9 Udvikling: Temperaturmåling med ultralyd flowmeter Princippet: Addition af transit times hver vej European Metrology Research Programme (EMRP) Clamp-on (svær) Wetted (nemmere) Forudsætninger: Man skal kende rørdiameter, tryk og hvad der ligger imellem målerne Det skal være homogent Forsimplet ligning: K: Bulk modulus (tryk afhængig) r: Massefylde (tryk & temp afhængig) L: Rørdiameter t 1,t 2 : transit tider 9

10 Andre metoder: Laser Doppler Velocimetry 2 Forklaringsmodeller (Fringe) Doppler Måler via. skueglas Skal monteres in-line Målesektioner til on-site 10

11 Andre metoder: Laser Doppler Velocimetry Giver det fulde flowbillede 11

12 Andre metoder: Partikle Image Velocimety Particle tracking Problemer bl.a. Blokerende partikler CCD Opløsning Efterbehandling Partikler skal følge flowet Samme massefylde Ny ide: partikler i forskellige farver 12

13 Sammenligning: Ultralyds Clamp-on Flowmeter LDV Gravimetrisk Reference 3-9 % fejl både med og uden flowkorrektion (indtastet vægtykkelse, medietemperatur etc.) Potentiale skønnes til 0,5-1 % 13

14 Case: On-site clamp-on ultralydsflowmåling på væske DN80, udvendigt Ø104,5 mm 2009: Flow fra 18,6 til 47,4 m³/h 2010: Flow fra 18,75 til 85,4 m³/h 2,5 % samlet, ekspanderet måleusikkerhed 14

15 Tak for jeres opmærksomhed For yderligere information kontakt: Claus Melvad Konsulent og projektleder Specialeområder: Matematisk modellering Intelligente sensorer og netværk Laser Doppler måling (LDV/LDA) Mikroflow måling Lufthastighedsmåling m.m. 15