减轻脉动流的影响

17 - 10月- 2022

Titan Enterprises研究了能够提供最佳脉冲流量结果的流量计系统类型

减轻脉动流的影响

在流量测量中减轻脉动流的影响

众所周知,流量计对脉动流量等影响很敏感,脉动流量会在流量测量中产生误差。在脉动流动系统中,与均匀流动条件相比,在每个脉动周期中流动的速度分布经历了巨大的变化。因此,在超声波设备等电子采样流量计中,潜在误差的主要来源是采样率以及它如何感知通过它的真实流量。

Titan的高级研发工程师Neil Hannay表示:“流线中的脉动通常是由泵元件引起的:隔膜泵、蠕动泵、螺线管泵或柱塞泵都可以产生显著的压力和流量脉动。如果不考虑这个脉动率,流量测量就会出现误差。对于电子流量计来说,这可能是最错误的,因为会发生混叠。”

在采样过程中,如何将脉动流的影响所产生的误差降至最低?

Titan企业提供一系列超声波小口径流量计,为广泛的应用提供高精度流量测量。然而,与所有流量计量装置一样,它们对产生流速剖面变化的安装影响很敏感。如果Titan的流量计安装在脉动流量系统中,我们建议客户在测量之前尽可能减小任何脉动。

遵循奈奎斯特定理,提高流量测量精度

奈奎斯特定理指出,为了充分再现信号(在这种情况下是液体流),它应该以至少两倍于所记录的最高频率成分的速度周期性采样。因此,在脉动流场景下,电子流量计的采样率至少需要是脉动本身Hz率的两倍。如果不考虑脉动率,就会出现流量信号的混叠,导致流量计测量错误。

流量测量中的混叠

在电影制作中可以用马车轮效应来说明混叠,其中相机采样率小于车轮轮辐旋转的两倍。产生的视觉效果是车轮倒转方向,即使推车继续沿着原来的路径行驶。在流量测量中,混叠可以用图形来说明。例如,如果采样远低于脉动,则会观察到流动的随机散射,似乎根本没有遵循任何模式。从理论上讲,与脉动频率相同的采样会给出一个恒定但不正确的流量测量。在实践中,很少看到这种情况,下面所示的混叠类型更有可能出现,在脉冲的波峰和波谷内遵循循环模式。

泰坦的超声波流量计

Titan所有的超声波流量计都采用飞行时间声学流量测量。通过测量液体测量管中上游和下游的声波信号,可以精确地测量速度,从而测量流量。例如,标准Atrato范围将测量到1%的读数从2ml/min到20l/min。

Titan公司的Atrato和Metraflow系列超声波流量计采用先进的电子技术,能够将超声波信号分解到50皮秒左右,并进行重复测量,以确保测量的稳定性。该软件每3毫秒对测量的流量进行采样,但通过下游处理,报告的流量被有效过滤到约50ms或20Hz。

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因此,根据奈奎斯特理论,泰坦的超声波设备可以精确测量小于10Hz的脉动流量。高于此值的脉动可能会导致混叠,因此,对于使用膜片、活塞或蠕动泵的系统,始终建议采用内联脉冲阻尼。

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