Повышение точности измерения скорости звука в векторном однолучевом акустическом измерителе скорости течения

от

А.Н. Греков, Н.А. Греков, С.С. Пелюшенко

Институт природно-технических систем, РФ, г. Севастополь, ул. Ленина, 28

E-mail: i@angrekov.ru

DOI: 10.33075/2220-5861-2022-3-106-116

УДК 681.121.89.082.4                                                                                                  

Реферат:

   Рассмотрены акустические измерители скорости и направления течения из серии ИСТ. Оценена точность этих средств, которая ограничена влиянием на результат измерения временными задержками сигналов в передающих и приемных трактах, включая задержки в акустических преобразователях, которые существенно зависят от температуры и давления, и изменяются со временем. Представлен анализ профиля скорости течения в акустическом измерительном канале, который неоднороден как при ламинарном, так и при турбулентном течении. Проведено моделирование профиля течения в измерительной трубе и определены погрешности от косоструйности течения в диапазоне углов от 0° до 30°, что соизмеримо с погрешностями механических вертушек. При моделировании использовалось приложение COSMOSFloWorks пакета SolidWorks. В результате моделирования были построены профили скорости течения в измерительной трубе в зависимости от скорости набегающего потока с дискретностью 1 м/с и максимальной скоростью 5 м/с. Рассмотрен процесс измерения скорости звука и метод повышения точности при прохождении акустических сигналов в измерительном канале прибора с учетом задержек. Оценено влияние скорости течения на погрешность измерения скорости звука, при условии, что все временные задержки сигналов в передающих и приемных трактах, включая задержки в акустических преобразователях, и изменение длины измерительной базы учтены. Разработан метод измерения, в котором используется время прохождения повторных отраженных от преобразователей акустических сигналов, что позволяет учитывать временные аппаратные задержки и изменение длины измерительной базы, влияющие на определение скорости звука и течения.

Ключевые слова: скорость  звука,  профиль  скорости  течения, погрешность,  моделирование,  измерение, акустический прибор.

Для цитирования: Греков А.Н., Греков Н.А., Пелюшенко С.С. Повышение точности измерения скорости звука в векторном однолучевом акустическом измерителе скорости течения // Системы контроля окружающей среды. 2022. Вып. 3 (49). C. 106-116. DOI: 10.33075/2220-5861-2022-3-106-116

Полный текст в формате PDF

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Греков Н.А., Гайский П.В., Мишуров В.Ж., Бондаренко А.С. Переносной измеритель скорости течения ИСТ-1 // Системы контроля окружающей среды. Средства и мониторинг. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2005. С. 35–40.
  2. Греков Н.А., Греков А.Н., Даниленко М.Я., Жемков Е.И. Исследование акустического канала измерителя скорости течения // Системы контроля окружающей среды. Средства, модели и мониторинг. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2007. С. 28–31.
  3. Алексеев С.Ю., Греков А.Н. Акустический измеритель скорости и направления течения ИСТ-1М речного и морского назначения // Системы контроля окружающей среды. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2008. С. 77–82.
  4. Греков А.Н., Греков Н.А. Измерители скорости течений для морских и речных условий ИСТ-1 и ИСТ-1М // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 2. С. 77–84.
  5. Mandard E., Kouame D., Battault R., Remenieras J.P., Patat F. Transit time ultrasonic flowmeter: Velocity profile estimation // Ultrasonics. 2005. Vol. 2. P. 763–766.
  6. Willatzen M., Kamath H. Nonlinearities in ultrasonic flow measurement // Flow Meas. Instrum. 2008. Vol. 19. P. 79–84.
  7. Rajita G., Mandal N. Review on transit time ultrasonic flowmeter // In Proceedings of the International Conference on Control, Kolkata, India, 28–30 January 2016.
  8. Lynnworth L.C., Liu Y. Ultrasonic flowmeters: Half-century progress report, 1955–2005 // Ultrasonics. 2006. Vol. 44. P. E1371–E1378.
  9. Iooss B., Lhuillier C., Jeanneau H. Numerical simulation of transit-time ultrasonic flowmeters: Uncertainties due to flow profile and fluid turbulence // Ultrasonics. 2002. Vol. 40 (9). P. 1009–1015. DOI: 10.1016/s0041-624x(02)00387-6
  10. Hui Zhang, Chuwen Guo, Jie Lin. Effects of Velocity Profiles on Measuring Accuracy of Transit-Time Ultrasonic Flowmeter // Appl. Sci. 2019. Vol. 9. P. 1648. DOI:10.3390/app9081648
  11. Liu Z.G., Du G.S., Shao Z.F., He Q.R., Zhou C.L. Measurement of transitional flow in pipes using ultrasonic flowmeters // Fluid Dyn. Res. 2014. Vol. 46 (5). P. 055501.
  12. www.autodesk.ru/autocad
  13. www.solidworks.ru
  14. Del Grosso V.A., Mader C.W.  Speed of sound in pure water // The Journal of the Acoustical Society of America.  1972. Vol. 52. P. 1442. https://doi.org/10.1121/1.1913258

Loading