طراحي و ساخت كنتور گاز فراصوتي، بومي‌سازي، بهينه‌سازي تكنولوژي اندازه‌گيري، ارسال اطلاعات و بهبود دقت آن

دكتري

چكيده دبي‌سنج‌هاي فراصوتي به واسطه‌ي مزاياي بسيار و معايب اندكي كه دارند، امروزه در حوزه انتقال سيالات بخصوص در بخش انتقال‌ها و فرايندي بسيار مورد توجه قرار گرفته‌اند. طي بيست سال اخير پيشرفت‌هاي سخت‌افزاري و نرم‌افزاري زيادي در اين دبي‌سنج‌ها انجام گرفته است كه باعث افزايش سرعت، دقت، قابليت اطمينان و كارايي آن‌ها گرديده است. در اين رساله طراحي و ساخت اجزاي اصلي يك فلو كامپيوتر فراصوتي گاز خانگي مورد بحث و بررسي قرار گرفت. در اين پژوهش ابتدا يك دبي‌سنج فراصوتي گاز خانگي UG-4 (تك مسيره) محصول شركت چيني ژيجانگ وايكسينگ با نام تجاري ويوشاين كه در سطح گسترده جهاني مورد استفاده قرار مي‌گيرد، مهندسي معكوس شد. مشخصات مربوط به حسگرهاي فراصوتي آن و نحوه ارسال و دريافت سيگنال‌ها، بخصوص الگوريتم مورد استفاده در محاسبه دبي، شناسايي گرديد. سپس حسگرهاي فراصوتي دبي‌سنج طراحي، شبيه‌سازي و بومي‌سازي شد. شبيه‌سازي حسگرهاي فراصوتي به بهينه‌سازي اجزاي حسگر كمك كرد و با امكانات موجود در كشور حسگر مناسب ساخته شد. حسگر ساخته شده مورد آزمايش قرار گرفت و مدارات مورد نياز جهت تقويت و نويزگيري سيگنال‌هاي آن‌ها طراحي و ساخته شد. نهايتا حسگرهاي بومي‌سازي شده در دبي‌سنج UG-4 مورد صحت‌سنجي قرار گرفتند. در مرحله دوم مدار فلوكامپيوتر مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت و الگوريتم مورد استفاده در محاسبه دبي تعيين گرديد. سپس مدارهاي الكترونيكي براي محاسبه دبي با الگوريتم مورد نظر طراحي و ساخته شدند و در نهايت مدارهاي الكترونيكي ساخته شده، جايگزين مدارهاي محاسبه‌گر دبي‌سنج UG-4 شده و نتايج حاصل از مدارهاي الكترونيكي ساخته شده با نتايج يك دبي‌سنج UG-4 اصلي مقايسه شد. در مرحله سوم روش‌هاي مختلفي براي صحت‌سنجي دبي‌سنج با اجزاي بومي‌سازي شده اجرا گرديد كه روش پيشنهادي كاليبراسيون بر اساس استفاده از شبكه عصبي پرسپترون چندلايه (MLANN) يكي از اين روش‌ها بود. به واسطه وجود جريان گذرا در بخش قابل توجهي از گستره دبيِ كاري دبي‌سنج مذكور (از 0.2 تا 4 مترمكعب بر ساعت) آثار غيرخطي در اندازه‌گيري دبي ايجاد شد و سبب خطاي گرايش متغير با تغييرات دبي سيال گرديد. بنابراين به منظور كاهش خطاي گرايش و افزايش صحت اندازه‌گيري دبي‌سنج، استفاده از شبكه عصبي در كاليبراسيون دبي‌سنج به واسطه توانايي‌هاي آن در نگاشت غيرخطي در نظر گرفته شد. داده‌هاي مربوط به صحت‌سنجي توسط صحت‌سنج نوع بل بدست آمد. يكي از اهداف اين رساله بهبود دقت اين دبي‌سنج بود. يعني رسيدن به خطاي اندازه‌گيري كمتر از 1.5± درصد كه بهترين دقت دبي‌سنج UG-4 است. از طرف ديگر در دبي‌سنج‌هاي فراصوتي زمان-گذر، يكي از متداولترين روش‌هاي اندازه‌گيري زمان پرواز سيگنال‌هاي فراصوتي در حوزه زمان، روش همبستگي متقابل است كه يك روش نيازمند به زمان و محاسبات زياد است. از اين رو، رويكردهاي اختلاف زماني براي كاهش نياز محاسباتي و افزايش زمان پاسخ ترجيح داده مي‌شود. با اين حال، روش‌هاي اختلاف زماني در مقايسه با روش‌هاي معمولي، از خطاي اضافي (خطايي علاوه بر خطاي موجود در سيستم، كه توسط اين روش‌ تحميل مي‌شود) رنج مي‌برند. در پروژه حاضر، با استفاده از روش شبيه‌سازي عددي، اين خطاي اضافي مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت و تاثير برخي از عوامل مانند قطر لوله، سرعت جريان و دماي متوسط سيال بررسي و نشان داده شد كه اين خطا، يك خطاي گرايش اضافي است (ABE) و در ادامه رويكردي براي حذف يا كاهش ABE ارائه گرديد. از آنجا كه در مقالات مربوط به اين روش، اشاره شده است كه از روش مذكور فقط براي اعداد ماخ كمتر از 0.1 مي‌توان استفاده كرد، نشان داده شد كه با استفاده از روش پيشنهادي نه تنها مي‌توان از اين روش براي اعداد ماخ بيش از 0.1 نيز استفاده كرد، بلكه ABE حاصل از روش پيشنهادي بسيار كاهش مي‌يابد. نتايج روش پيشنهادي با انجام آزمايش صحه‌گذاري و يكي ديگر از اهداف پروژه كه دستيابي به محدوده‌پذيري بالاتر بود محقق گرديد.

195648

دانشگاه علم و صنعت ايران

ديناميك - كنترل و ارتعاشات

دكتر ميرسعيد صفي زاده