একটি গ্যাস অতিস্বনক ফ্লোমিটার বলতে একটি ফ্লোমিটারকে বোঝায় যা প্রবাহিত গ্যাস সহ একটি পাইপলাইনে ইনস্টল করা হয় এবং অতিস্বনক নীতির মাধ্যমে গ্যাসের প্রবাহ পরিমাপ করে। একটি একক-পাথ গ্যাস আল্ট্রাসোনিক ফ্লোমিটার বলতে শুধুমাত্র একটি অ্যাকোস্টিক পাথ দিয়ে সজ্জিত একটি ডিভাইসকে বোঝায়, যখন দুটি বা ততোধিক অ্যাকোস্টিক পাথ সহ একটি গ্যাস আল্ট্রাসোনিক ফ্লোমিটারকে মাল্টি-পাথ গ্যাস আল্ট্রাসনিক ফ্লোমিটার বলা হয়।
একটি অতিস্বনক ফ্লো মিটার কিভাবে কাজ করে? একটি গ্যাস অতিস্বনক ফ্লোমিটারের সাহায্যে প্রবাহের বেগ পরিমাপের মূল নীতি হল গ্যাস মাধ্যমে অতিস্বনক তরঙ্গের প্রচারের সময় পরিমাপ করে প্রবাহের বেগ, প্রবাহের হার, ঘনত্ব এবং গ্যাস তরলের অন্যান্য পরামিতি গণনা করা। এই অধ্যায়টি প্রধানত ট্রানজিট-সময় অতিস্বনক প্রবাহ পরিমাপের অপারেটিং নীতি এবং প্রবাহ পরিমাপকে প্রভাবিত করে এমন কারণগুলি বিশ্লেষণ করে এবং কীভাবে প্রবাহ-পরিমাপের নির্ভুলতা উন্নত করা যায় সে সম্পর্কে সিমুলেশন অধ্যয়ন করে, যাতে মাল্টি-পাথ গ্যাস আল্ট্রাসোনিক পদ্ধতির-পাথ গ্যাস আল্ট্রাসোনিক মেথড{{1}মিওরিং মেথড}-অধ্যয়নের জন্য প্রস্তুতি নেওয়া যায়৷
ট্রানজিটের অপারেটিং নীতির বিশ্লেষণ-সময় অতিস্বনক গ্যাস প্রবাহ পরিমাপ
ট্রানজিট-টাইম অতিস্বনক গ্যাস প্রবাহ-পরিমাপ পদ্ধতি হল একটি গ্যাস প্রবাহ-পরিমাপ পদ্ধতি যাতে, গ্যাসের একই পথের দৈর্ঘ্যের উপর, প্রসারণ-দুটি অতিস্বনক সংকেতের মধ্যে প্রসারণ-সময়ের পার্থক্য স্রোত এবং উজানের গড় গ্যাস প্রবাহ নির্ণয় করতে ব্যবহৃত হয়। যখন অতিস্বনক তরঙ্গ একটি প্রবাহিত বায়বীয় মাধ্যমে প্রচার করে, তখন তাদের প্রচারের গতি গ্যাস প্রবাহের বেগের সাথে পরিবর্তিত হয়।
আরও বিশেষভাবে, অতিস্বনক তরঙ্গের প্রচারের গতি গ্যাস প্রবাহ বেগের মতো একই দিকে পরিবর্তিত হয়: যখন গ্যাস প্রবাহের বেগ বৃদ্ধি পায়, তখন একই দিকে প্রচারিত অতিস্বনক তরঙ্গের গতিবেগও সেই অনুযায়ী বৃদ্ধি পায়; বিপরীতভাবে, যদি অতিস্বনক প্রচারের দিকের বিপরীতে গ্যাস প্রবাহের বেগ বৃদ্ধি পায়, তবে অতিস্বনক গতিবেগ সেই অনুযায়ী হ্রাস পাবে।
একটি অতিস্বনক পাইপের মৌলিক গঠন-ফ্লো সেন্সর
চিত্রে দেখানো হয়েছে. 2.1, দুটি অতিস্বনক ট্রান্সডিউসার যা অতিস্বনক পালস প্রেরণ এবং গ্রহণ করতে সক্ষম (যাকে প্রোব বা ট্রান্সডুসার হিসাবে উল্লেখ করা হয়) একপাশে বা পাইপলাইনের উভয় পাশে এম্বেড করা হয়েছে। ট্রান্সমিটিং এবং রিসিভিং ট্রান্সডিউসারগুলির মধ্যে অতিস্বনক সংকেতের প্রকৃত পথকে শাব্দ পথ বলা হয়; এইভাবে, এক জোড়া ট্রান্সডুসার একটি শাব্দ পথ তৈরি করে। ট্রান্সডিউসার এবং তরল মাধ্যমের মধ্যে একটি শব্দ-প্রেরণকারী ঝিল্লি বা অ্যাকোস্টিক ওয়েভগাইড প্রাচীরের একটি অংশ সাজানো হয়। একটি একক-পথ অতিস্বনক ফ্লোমিটারে, দুটি অতিস্বনক ট্রান্সডুসারের মধ্যে তরঙ্গগাইড রেখাটি যন্ত্রের অক্ষকে ছেদ করে।
চিত্র. 2.1 ট্রানজিটের নীতির পরিকল্পিত চিত্র-সময় অতিস্বনক প্রবাহ পরিমাপ
যেমন চিত্রে দেখানো হয়েছে. 2.1, পাইপের ব্যাস হল D। পাইপলাইনের উভয় পাশে এম্বেড করা ট্রান্সডুসার A এবং B এর শেষ মুখের মধ্যে সরল-রেখার দূরত্ব হল অ্যাকোস্টিক-পাথের দৈর্ঘ্য L (এটি অ্যাকোস্টিক দূরত্ব Lও বলা হয়), এবং D ব্যাসের সাথে এর সম্পর্ক
চিত্র. 2.1 শাব্দিক-পথের দৈর্ঘ্য এবং পাইপের ব্যাস-ট্রানজিট সময় অতিস্বনক প্রবাহ মিটারের মধ্যে জ্যামিতিক সম্পর্ক
যেখানে φ হল শাব্দ পথের বাঁক কোণ, অর্থাৎ শাব্দ পথ এবং পাইপ অক্ষের মধ্যবর্তী কোণ। শাব্দ পথের প্রবণতা কোণও অতিস্বনক তরঙ্গের ঘটনা কোণ। ঘটনা কোণ φ তরল শব্দের গতির দ্বারা প্রভাবিত হয়, সেইসাথে কীলকের মধ্যে এবং পাইপ-প্রাচীরের উপাদানে শব্দের গতি দ্বারা প্রভাবিত হয়।
সাধারণভাবে, কঠিন পদার্থের তাপমাত্রার সাথে শব্দের গতির তারতম্য বায়বীয় পদার্থের তুলনায় ছোট। যখন তাপমাত্রার তারতম্য বড় না হয়, পরিমাপের নির্ভুলতার উপর কীলক এবং পাইপ{1}}প্রাচীরের উপাদানগুলির প্রভাবকে উপেক্ষা করা যেতে পারে; যাইহোক, যখন তাপমাত্রার তারতম্যের পরিসর বড় হয়, তখন ওয়েজ এবং পাইপ-প্রাচীর সামগ্রীতে শব্দ গতির বড় পরিবর্তন অবশ্যই সংশোধন করতে হবে।
30 ডিগ্রী একটি ঘটনা কোণ সহ একটি ট্রান্সডুসারের জন্য, ট্রান্সমিশন সহগ তুলনামূলকভাবে বেশি, শক্তির ক্ষতি কম এবং প্রয়োজনীয় উত্তেজনা ভোল্টেজ কম। এই ধরনের একটি ট্রান্সডুসার হ্যান্ডহেল্ড অতিস্বনক ফ্লোমিটারের জন্য উপযুক্ত যা এসি পাওয়ার সাপ্লাই ব্যবহার করার জন্য সুবিধাজনক নয়। 45 ডিগ্রির ঘটনা কোণ সহ একটি ট্রান্সডিউসারের তুলনামূলকভাবে কম ট্রান্সমিশন সহগ থাকে তবে এটি একটি বড় ট্রান্সডিউসার চিপ এবং উচ্চ উত্তেজনা ভোল্টেজ গ্রহণ করতে পারে এবং তাই স্থির অতিস্বনক ফ্লোমিটার বা যারা এসি পাওয়ার সাপ্লাই ব্যবহার করতে পারে তাদের জন্য উপযুক্ত।
ট্রানজিটের অপারেটিং নীতি-সময় অতিস্বনক গ্যাস প্রবাহ পরিমাপ
ট্রানজিট-সময় অতিস্বনক গ্যাস প্রবাহ-পরিমাপ প্রযুক্তি শাব্দ পথ এবং অক্ষ দ্বারা গঠিত সমতলে অক্ষীয় গড় প্রবাহ বেগ Vz নির্ধারণ করে, গ্যাসীয় মাধ্যমের নিম্নধারা এবং উজানে প্রচারিত অতিস্বনক তরঙ্গের মধ্যে সময়ের পার্থক্য পরিমাপ করে। অতিস্বনক তরঙ্গের ট্রানজিট সময়গুলি ডাউনস্ট্রিম এবং আপস্ট্রিম দিকের মধ্যে আলাদা। ডাউনস্ট্রিম ট্রানজিট সময় হল:
চিত্র. 2.2 ডাউনস্ট্রিম আল্ট্রাসোনিক ট্রানজিট-সময় সমীকরণ
এবং আপস্ট্রিম ট্রানজিট সময় হয়
চিত্র. 2.3 আপস্ট্রিম অতিস্বনক ট্রানজিট-সময় সমীকরণ
যেখানে C হল স্থির পরিমাপকৃত তরলে অতিস্বনক তরঙ্গের শব্দের গতি, অর্থাৎ শব্দের গতি; ভিজেড হল অতিস্বনক পথ এবং পাইপ অক্ষ দ্বারা গঠিত সমতলে অক্ষীয় দিকে তরলের গড় প্রবাহ বেগ, যাকে পাথ-গড় বেগও বলা হয়।
যখন অভ্যন্তরীণ পাইপ পরিবেশের কারণে শব্দ-গতির তারতম্যের প্রভাব বিবেচনা করা হয় না, তখন পথের অভিব্যক্তি-গড় বেগ হয়
চিত্র. 2.4 পথের জন্য অভিব্যক্তি-গড় অক্ষীয় বেগ
অতিস্বনক তরঙ্গের ডাউনস্ট্রিম ট্রানজিট টাইম tD এবং আপস্ট্রিম ট্রানজিট টাইম tU পরিমাপ করে, আপস্ট্রিম এবং ডাউনস্ট্রিম প্রচারের মধ্যে সময়ের পার্থক্য হিসাবে প্রাপ্ত হয়
চিত্র. 2.5 আপস্ট্রিম-ডাউনস্ট্রিম ট্রানজিটের সংজ্ঞা-সময়ের পার্থক্য
ট্রানজিট-সময় পদ্ধতি ব্যবহার করে, পাথ-একটি শাব্দ পথের গড় বেগ পাওয়া যায়। বিভিন্ন শাব্দ পথের গড় বেগের উপর ভিত্তি করে, এবং উপযুক্ত অ্যালগরিদম ব্যবহার করে, সমগ্র ক্রস-বিভাগের লম্ব গড় বেগ গণনা করা যেতে পারে, যাকে বলা হয় আয়তন-গড় বেগ V।
আপস্ট্রিম এবং ডাউনস্ট্রিম অতিস্বনক প্রচারের মধ্যে ট্রানজিট-সময়ের পার্থক্য পরিমাপ করে পাইপলাইন তরল (ভলিউম) গড় বেগ V পরিমাপ করার পদ্ধতিটিকে ট্রানজিট-সময় অতিস্বনক প্রবাহ-পরিমাপ পদ্ধতি বলা হয়। একটি ফ্লোমিটার যা ট্রানজিট-টাইম আল্ট্রাসোনিক পদ্ধতি ব্যবহার করে পাইপলাইনের তরল প্রবাহ পরিমাপ করে তাকে ট্রানজিট-টাইম আল্ট্রাসোনিক ফ্লোমিটার বলা হয়।
পথের-একটি ট্রানজিটের শাব্দিক পথে গড় বেগ-টাইম আল্ট্রাসোনিক ফ্লোমিটার এবং পাইপলাইনে ভলিউম- গড় বেগের মধ্যে সম্পর্ক
চিত্র. 2.6 প্রবাহের সংজ্ঞা-বেগ সংশোধন ফ্যাক্টর
যেখানে K কে প্রবাহ-বেগ সংশোধন ফ্যাক্টর বলা হয়। প্রবাহ-বেগ সংশোধন ফ্যাক্টরটি ফ্লোমিটারের পরিমাপ বিভাগে বেগ বন্টন প্রোফাইলের গাণিতিক মডেল থেকে নেওয়া হয়েছে। পাইপলাইনে গ্যাস প্রবাহের নিয়ম অনুযায়ী, প্রবাহ-বেগ সংশোধন ফ্যাক্টর পাওয়া যেতে পারে। সুতরাং, সমীকরণ (2.4) এবং (2.6) থেকে, পাইপলাইনে গ্যাসের গড় গতিবেগ হল
চিত্র. 2.7 পাইপ-গড় বেগ এবং পথের-গড় বেগের মধ্যে সম্পর্ক
ভলিউমেট্রিক প্রবাহ হার সমীকরণ (2.7) থেকে প্রাপ্ত করা যেতে পারে হিসাবে
চিত্র. 2.8 আয়তনের প্রবাহ-হার সমীকরণ
যেখানে A হল পাইপের ক্রস-বিভাগীয় এলাকা।
ভলিউমেট্রিক প্রবাহ হারের চাপ এবং তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণের পরে, ভর প্রবাহ হার হিসাবে প্রাপ্ত করা যেতে পারে
চিত্র. 2.9 চাপ-তাপমাত্রা-সংকোচনযোগ্যতা সংশোধন সহ গণপ্রবাহ-হার সমীকরণ
যেখানে Z হল গ্যাস কম্প্রেসিবিলিটি ফ্যাক্টর; P0 এবং P হল যথাক্রমে প্রমিত অবস্থা এবং প্রকৃত অবস্থার চাপের পরামিতি; T0 এবং T হল যথাক্রমে প্রমিত অবস্থা এবং প্রকৃত অবস্থার তাপমাত্রার মান; এবং ρ0 হল প্রমিত অবস্থার অধীনে বায়বীয় মাধ্যমের ঘনত্ব।
একবার প্রবাহের বেগ পাওয়া গেলে, একটি নির্দিষ্ট সময়ের মধ্যে একটি নির্দিষ্ট ব্যাসের একটি পাইপের মধ্য দিয়ে যাওয়া তরলের আয়তন গণনা করা যেতে পারে। 1 ঘন্টায় পাইপের মধ্য দিয়ে যাওয়া প্রবাহের পরিমাণ F হল 79:
চিত্র. 2.10 ট্রানজিট-সময় পরিমাপ-ট্রানজিট সময় অতিস্বনক ফ্লো মিটার কাজের নীতির উপর ভিত্তি করে পাইপের মাধ্যমে প্রতি ঘণ্টায় তরল পরিমাণ
বহু-পথের অতিস্বনক গ্যাস প্রবাহ পরিমাপের মৌলিক অপারেটিং নীতি
গ্যাস আল্ট্রাসোনিক ফ্লোমিটারগুলিকে একক-পথ এবং বহু-পাথের প্রকারে ভাগ করা যেতে পারে, উভয়ই অতিস্বনক প্রবাহ পরিমাপের জন্য ট্রানজিট-সময় নীতির উপর ভিত্তি করে। বর্তমানে, বিদেশে অনুরূপ পণ্যগুলির মধ্যে, শাব্দ পথের সংখ্যা ছয়টির মতো হতে পারে। একটি মাল্টি-পাথের অতিস্বনক ফ্লোমিটারে, ViV_iVi— iii-তম শাব্দ পথের পাথ-গড় বেগকে প্রতিনিধিত্ব করে। এটি ডাউনস্ট্রিম এবং আপস্ট্রিম অতিস্বনক ট্রানজিট সময় পরিমাপ করে, তাদের মধ্যে সময়ের পার্থক্য গণনা করে এবং তারপরে গড় বেগ{10}}পথ গণনা করে পাওয়া যায়।
পথ-প্রতিটি শাব্দ পথের গড় বেগ এবং প্রবাহ-বেগ সংশোধন কারণগুলির মধ্যে সম্পর্ক অনুসারে, পাইপলাইনে আয়তন-গ্যাসের গড় বেগ অনুমান করা যেতে পারে
চিত্র. 2.11 মাল্টি-পাথ ওয়েটেড গড় বেগ সমীকরণ-কিভাবে অতিস্বনক প্রবাহ মিটার কাজ করে
যেখানে WiW_iWi হল প্রতিটি অ্যাকোস্টিক পাথের ওজন সহগ, এবং এর মান গৃহীত ইন্টিগ্রেশন অ্যালগরিদমের উপর নির্ভর করে।
চিত্র. 2.12 মাল্টি-পাথ ভলিউমেট্রিক প্রবাহ-হার সমীকরণ-আল্ট্রাসনিক ফ্লো মিটার এটি কীভাবে কাজ করে
তাত্ত্বিকভাবে, যত বেশি অ্যাকোস্টিক পাথ আছে, পরিমাপের নির্ভুলতা তত বেশি হওয়া উচিত। যাইহোক, বাস্তব অভিজ্ঞতায় দেখা গেছে যে যখন ক্রস-বিভাগ জুড়ে শাব্দ পাথের সংখ্যা চারটিতে পৌঁছায়, তখন পাথের সংখ্যা আরও বাড়ানো নির্ভুলতা উন্নত করতে খুব কম অবদান রাখে, যেখানে উল্লেখযোগ্যভাবে উত্পাদন খরচ বৃদ্ধি পায়।
অতিস্বনক গ্যাস প্রবাহ পরিমাপ প্রভাবিত কারণের বিশ্লেষণ
গ্যাস আল্ট্রাসোনিক ফ্লোমিটারের প্রবাহ-বেগ এবং প্রবাহ-হারের গণনার সূত্র অনুসারে, প্রবাহের বেগ বা প্রবাহের হার বিভিন্ন দিকের সাথে সম্পর্কিত, যেমন পরিমাপের পাইপের জ্যামিতিক পরামিতি, প্রবাহ-বেগ সংশোধনের গুণক (অথবা ওজন পরিমাপের গুণক) প্রচারের সময়। এই দিকগুলি থেকে নিম্নলিখিত বিশ্লেষণ করা হয়।
প্রবাহের সংশোধন-বেগ ফ্যাক্টর এবং পরিমাপের নির্ভুলতার উন্নতি
উপরে উল্লিখিত ট্রানজিট-টাইম গ্যাস আল্ট্রাসোনিক ফ্লোমিটারে, অধ্যয়নটি আদর্শ অবস্থার উপর ভিত্তি করে যেখানে পথ-গড় বেগ পাইপ ক্রস-বিভাগের উপর সমানভাবে বিতরণ করা হয়। ব্যবহারিক পরিস্থিতিতে, পাইপ ক্রস-বিভাগ জুড়ে তরলটির অ-অভিন্ন বেগ বিতরণের কারণে, গণনার মাধ্যমে প্রাপ্ত বেগ আসলে পথ-আল্ট্রাসোনিক প্রচারের দিক বরাবর গড় বেগ এবং অক্ষীয় পরিমাপের দিক থেকে প্রাপ্ত ট্রান্সকুলার সময়ের পার্থক্য{7}। চূড়ান্ত গণনাকৃত ভলিউমেট্রিক প্রবাহ হার অনিবার্যভাবে ত্রুটি তৈরি করবে। পরিমাপের নির্ভুলতা নিশ্চিত করার জন্য, উভয়ের মধ্যে সম্পর্ক নির্ধারণ করা এবং তরল মেকানিক্স নীতিগুলি ব্যবহার করে প্রকৃত পরিমাপ করা বেগ সংশোধন করা প্রয়োজন; অর্থাৎ, একটি ভলিউমেট্রিক ফ্লোমিটার দিয়ে পরিমাপ করার সময় একটি প্রবাহ-হার সংশোধন ফ্যাক্টর K চালু করা হয়।
পাইপলাইনে তরল-প্রবাহ অবস্থার জটিলতার কারণে, ফলে বেগ বন্টনও জটিল। বর্তমান গবেষণা প্রধানত আদর্শ অবস্থার মধ্যে বেগ বিতরণের মধ্যে সীমাবদ্ধ, অর্থাৎ, ল্যামিনার প্রবাহের অধীনে বেগ বন্টন এবং মসৃণ পাইপে সম্পূর্ণরূপে বিকশিত অশান্ত প্রবাহ। লেমিনার প্রবাহ এবং অশান্ত প্রবাহ পাইপগুলিতে তরলগুলির দুটি মৌলিক প্রবাহের অবস্থা। লেমিনার প্রবাহ বলতে সেই অবস্থাকে বোঝায় যেখানে তরল কণার কোনো অনুপ্রস্থ গতি নেই এবং শুধুমাত্র অক্ষীয় গতি বিবেচনা করা হয়; অশান্ত প্রবাহ বলতে সেই অবস্থাকে বোঝায় যেখানে তরল কণার অক্ষীয় এবং তির্যক গতি উভয়ই থাকে। যেহেতু বিভিন্ন পাইপলাইন প্রবাহের অবস্থার অধীনে প্রবাহের বৈশিষ্ট্যগুলি আলাদা, বিভিন্ন বেগ বিতরণ প্রাপ্ত হয়।
একটি তরলের প্রবাহ বৈশিষ্ট্য যৌথভাবে পাইপের গড় বেগ, কাইনেমেটিক সান্দ্রতা এবং পাইপের ব্যাস দ্বারা প্রভাবিত হয়, যখন রেনল্ডস নম্বর ReReRe প্রবাহের অবস্থা মূল্যায়নের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ সূচক। যখন রে<2300Re < 2300Re<2300, the flow is laminar; when Re>4000Re > 4000Re>4000, the flow is turbulent. Re=2300Re = 2300Re=2300 is usually taken as the critical value for the transition from laminar to turbulent flow. When Re>2300Re > 2300Re>2300, তরল একটি অশান্ত অবস্থায় স্থানান্তর করতে শুরু করে এবং এই স্থানান্তর অঞ্চলটিকে সাধারণত অশান্ত প্রবাহ হিসাবেও বিবেচনা করা হয়।
FAQ
একটি ট্রানজিট-সময় অতিস্বনক গ্যাস ফ্লোমিটার কি?
একটি ট্রানজিট-সময় অতিস্বনক গ্যাস ফ্লোমিটার অতিস্বনক ডালগুলিকে ডাউনস্ট্রিম এবং আপস্ট্রিম উভয় দিকে পাঠিয়ে এবং তাদের ট্রানজিট সময়ের পার্থক্য থেকে প্রবাহের বেগ গণনা করে গ্যাস প্রবাহ পরিমাপ করে।
একক-পথ এবং বহু-পাথের অতিস্বনক ফ্লোমিটারের মধ্যে পার্থক্য কী?
একটি একক-পাথ ফ্লোমিটার এক জোড়া ট্রান্সডুসার এবং একটি অ্যাকোস্টিক পাথ ব্যবহার করে, যখন একটি মাল্টি-পাথ ফ্লোমিটার বেগ প্রোফাইলকে আরও ভালভাবে ক্যাপচার করতে এবং নির্ভুলতা উন্নত করতে বিভিন্ন উচ্চতা বা কোণে বেশ কয়েকটি শাব্দ পথ ব্যবহার করে।
কেন একটি প্রবাহ-বেগ সংশোধন ফ্যাক্টর প্রয়োজন?
যেহেতু একটি পাইপের বেগ বন্টন পুরোপুরি অভিন্ন নয়, তাই একটি একক শাব্দ পথ বরাবর পরিমাপ করা বেগ ক্রস-বিভাগীয় গড় বেগের সমান নয়। একটি সংশোধন ফ্যাক্টর দুটি লিঙ্ক.
কোন কারণগুলি অতিস্বনক গ্যাস প্রবাহ পরিমাপের নির্ভুলতাকে প্রভাবিত করে?
মূল কারণগুলির মধ্যে রয়েছে বেগ প্রোফাইল বিকৃতি, ইনস্টলেশনের অবস্থা, রেনল্ডস নম্বর, গ্যাসের গঠন এবং শব্দের গতি, তাপমাত্রা এবং চাপের পরিবর্তন এবং সংকেত প্রক্রিয়াকরণ ত্রুটি।
