co to jest przepływomierz ultradźwiękowy?

Jeśli kiedykolwiek stałeś w pobliżu autostrady i zauważyłeś, że syrena ambulansu brzmi wyżej, gdy pędzi w Twoją stronę, a następnie zmienia się w dźwięk niemal żałobny, gdy przyspiesza.-Gratulacje, doświadczyłeś tej samej fizyki, która sprawia, żeprzepływomierz ultradźwiękowystick. Większość ludzi nie myśli o tym momencie dwa razy. Inżynierowie to zrobili.

Przepływomierz ultradźwiękowy mierzy prędkość przepływu cieczy w rurze, odbijając od niej fale dźwiękowe. Brak ruchomych części. Brak bezpośredniego kontaktu z płynem. Po prostu dźwięk robi to samo, co dźwięk-podróżujący, odbijający się i przesuwający. Technologia ta nie jest dokładnie nowa, ale sposób, w jaki ją udoskonalaliśmy w ciągu ostatnich kilku dekad? To tam sprawy stają się interesujące.

Which Ultrasonic Clamp On Flow Meters Suit Refineries?

Oto cała prawda o ultradźwiękach-, które dosłownie oznaczają „ponad dźwiękiem”. Mówimy o częstotliwościach powyżej 20 kHz, znacznie przekraczających to, co ludzkie uszy są w stanie wykryć. Psy mogą się ożywić, ale ty nic nie usłyszysz. Miernik wysyła te niewidoczne impulsy akustyczne do rury i w zależności od tego, co stanie się dalej, otrzymasz odczyt przepływu.

Istnieją dwa główne podejścia. Typy Dopplera i typy-czasu tranzytu. Są to zasadniczo różne zwierzęta, mimo że mają to samo ultradźwiękowe DNA, a wybranie niewłaściwego zwierzęcia do danego zastosowania to łatwy błąd, który zdarza się częściej, niż chcą przyznać sprzedawcy.

Mierniki ultradźwiękowe Dopplera wymagają obecności czegoś w płynie, aby odbijać dźwięk. Cząsteczki. Bąbelki. Wszystko, co tworzy to, co inżynierowie nazywają „nieciągłościami akustycznymi”. Bez nich nie ma nic-, sygnał po prostu przechodzi jak światło przez szkło.

Dzięki temu mierniki Dopplera są idealne do pomiaru ścieków, szlamów i wszelkich substancji zawierających zawieszone ciała stałe w ilości powyżej około 100 części na milion. Minimalny rozmiar cząstek? Około 100 mikronów, dawaj lub bierz. Mniejsza i odbicie staje się zawodne. Miernik oblicza prędkość na podstawie przesunięcia częstotliwości odbitej w porównaniu z częstotliwością przesłaną. Większy przepływ oznacza większą zmianę. W teorii dość proste.

Ale oto, co niepokoi ludzi: miernik mierzy prędkość tych cząstek, a nie samej cieczy. Zwykle nie ma w tym nic złego,-cząsteczki poruszają się wraz z przepływem. Jednak w bardzo turbulentnych warunkach lub przepływach warstwowych można uzyskać odczyty, które wydają się rozsądne, ale nie są do końca prawidłowe. Warto wiedzieć.

Liczniki-czasu przejazdu działają inaczej. Dwa przetworniki są zwrócone ku sobie w poprzek rury. Jeden wysyła impuls w dół, drugi wysyła jeden w górę. W nieruchomej cieczy oba impulsy docierają w tym samym momencie. Dodaj przepływ, a impuls w dół dotrze szybciej, ponieważ płynie z prądem, podczas gdy impuls w górę będzie z nim walczyć.

Różnica czasu pomiędzy tymi dwoma przylotami? To jest twoja prędkość przepływu.

Nie potrzeba żadnych cząstek. W rzeczywistości cząstki pogarszają sytuację,-rozpraszają sygnał i pogarszają dokładność. Liczniki-czasu przejazdu wymagają czystych płynów. Woda. Obrazy olejne. Niektóre chemikalia. Im czyściej, tym lepiej.

Dokładność może sięgać ±0,5% odczytu w idealnych warunkach, co jest naprawdę imponujące w przypadku pomiaru nieinwazyjnego. Rzeczywiste-instalacje zwykle mieszczą się w przedziale 1-3% w zależności od stanu rur, właściwości cieczy i jakości instalacji – wszystkich zmiennych, które przykłady z podręczników wygodnie ignorują.

Większość mierników ultradźwiękowych mocuje się bezpośrednio na istniejących rurach. Bez wiercenia. Brak wyłączenia. Zabrania się przecinania przewodów pod ciśnieniem, gdy w pobliżu osoby odpowiedzialnej za konserwację doszło do małego zdarzenia kardiologicznego.

Nakładasz akustyczną masę sprzęgającą-w zasadzie smar ultradźwiękowy-, mocujesz przetworniki na zewnątrz rury, konfigurujesz parametry i mierzysz przepływ. W pogodny dzień cały proces zajmuje może godzinę. Porównaj to z instalacją kryzy lub miernika turbinowego, co wymaga przewodów spustowych, cięcia rur, spawania kołnierzy, próby ciśnieniowej… to nawet nie jest blisko.

Przenośność to kolejna zaleta, o której nikt nie mówi wystarczająco dużo. Ten sam cęg-na mierniku może przemieszczać się pomiędzy dziesiątkami punktów pomiarowych. Audyt dystrybucji przepływu w całym obiekcie bez konieczności zakupu 30 oddzielnych instrumentów? To prawdziwe zaoszczędzone pieniądze.

Nic nie jest idealne. Sygnały ultradźwiękowe muszą dwukrotnie przejść przez ściankę rury-po wejściu i wyjściu. Każdy materiał ściany wpływa inaczej na sygnał.

Stal nierdzewna przewodzi ultradźwięki skutecznie, czasem aż za skutecznie. Sygnał może przemieszczać się po ściance rury szybciej niż przez ciecz, tworząc przesłuchy, które dezorientują elektronikę. Stal węglowa zachowuje się lepiej. Rury z tworzyw sztucznych działają dość dobrze, ale wymagają różnych konfiguracji przetworników. Rury wykładane-betonem? Miedź? Materiały-wzmocnione włóknem szklanym? Każde z nich wiąże się z wyzwaniami, od „trudnych, ale możliwych do wykonania” po „znalezienie innej technologii”.

Szczególnie problematyczne są wykładziny rurowe. Ta gumowa powłoka chroniąca przed korozją? Może całkowicie pochłonąć sygnał ultradźwiękowy. Szczelina powietrzna pomiędzy zdegradowaną wykładziną a ścianą rury? Jeszcze gorzej. Niektóre instalacje zgłaszają spadek dokładności do ±20% lub całkowity brak w przypadku pogorszenia się stanu wykładziny. Regularne kontrole mają znaczenie.

Installation guide for plug-in ultrasonic flowmeters

Prędkość ultradźwiękowa w dowolnym ośrodku zależy od temperatury. Gorętsza ciecz oznacza szybsze rozchodzenie się dźwięku (zwykle). Miernik kompensuje to matematycznie, ale ekstremalne wahania temperatury podczas pomiaru mogą powodować błędy-, które elektronika oblicza na podstawie aktualnej temperatury, podczas gdy impuls akustyczny przemieszcza się przez ciecz, która może zmieniać się z chwili na chwilę.

Większość nowoczesnych liczników radzi sobie z tym dobrze. Jeśli jednak Twój proces obejmuje szybkie cykle termiczne, wspomnij o tym sprzedawcy przed zakupem, zamiast odkrywać problemy podczas uruchamiania.

Wibracje stwarzają podobne wyzwania. Ciężkie maszyny znajdujące się w pobliżu mogą spowodować poluzowanie przetworników na skutek sprzężenia akustycznego. Prawidłowy montaż rozwiązuje ten problem, ale „właściwy montaż” oznacza co innego dla różnych instalatorów. Bezpieczne mocowanie mechaniczne oraz odpowiednia ilość użytego związku sprzęgającego pokonują za każdym razem fantazyjne konstrukcje wsporników.

To zaskakuje ludzi. Przepływomierze ultradźwiękowe wymagają całkowicie pełnych rur. Częściowo wypełnione linie-powszechne-w systemach zasilanych grawitacyjnie lub w zbyt dużych rurociągach-dadzą bezsensowne odczyty. Przy obliczaniu przepływu objętościowego na podstawie prędkości licznik zakłada, że ciecz wypełnia cały-przekrój poprzeczny. Jeśli tylko połowa rury zawiera ciecz, rzeczywisty przepływ jest o połowę mniejszy od pokazanego na wyświetlaczu.

Niektórzy producenci oferują specjalistyczne konfiguracje dla częściowo pełnych rur, ale zwiększa to koszty i złożoność. Łatwiejszy montaż tam, gdzie gwarantowane są warunki pełnej rury lub gdzie akceptowane są pewne punkty pomiarowe, które po prostu nie nadają się do zastosowania w technologii ultradźwiękowej.

W przeciwieństwie do wielu technologii przepływu, mierniki ultradźwiękowe charakteryzują się wyjątkowo dobrą skalowalnością. Ta sama podstawowa zasada obowiązuje w przypadku rur pół{{1}calowych i rurociągów o średnicy kilku metrów. Morskie platformy wiertnicze wykorzystują mierniki ultradźwiękowe na ogromnych liniach przesyłu ropy. Zakłady farmaceutyczne wykorzystują je w małych strumieniach procesowych. Różne rozmiary przetworników, różne konfiguracje montażu, ta sama fizyka.

Ten zakres sprawia, że ultradźwiękowe są atrakcyjną opcją dla obiektów o różnych średnicach rurociągów. Szkolenie załóg w zakresie jednej technologii przewyższa utrzymywanie specjalistycznej wiedzy w zakresie pięciu różnych typów liczników.

Ropa naftowa i gaz dominują na rynku urządzeń ultradźwiękowych, zwłaszcza w przypadku transferu rozliczeniowego,-w przypadku pomiarów-o wysokich stawkach, w których pieniądze zmieniają właścicieli w zależności od tego, ile produktu przeszło przez rurę. Wielo-przepustowe-mierniki czasu z czterema, sześcioma lub ośmioma parami przetworników zapewniają precyzję wymaganą w tych zastosowaniach.

Oczyszczalnie wody i ścieków w dużym stopniu opierają się na metodach Dopplera w przypadku linii osadów i monitorowania dopływów. W obróbce chemicznej wykorzystuje się oba typy w zależności od właściwości płynu. Systemy HVAC wykorzystują je do monitorowania wody lodowej i ciepłej. Do zastosowań związanych z żywnością i napojami preferowane są-konstrukcje zaciskowe, które zapobiegają ryzyku zanieczyszczenia.

Działalność wydobywcza mocno obciąża mierniki Dopplera, mierząc zawiesiny zawierające cząstki ścierne, które w ciągu kilku tygodni zniszczyłyby każdy inwazyjny czujnik. Mierniki przetrwają, ponieważ nigdy nie dotykają płynu. Brak powierzchni ścieralnych. Brak części zamiennych. Tylko przetworniki spokojnie siedzą na zewnątrz rury, podczas gdy do środka przepływa mordercza zawiesina.

Materiały marketingowe uwielbiają twierdzić, że nie wymagają konserwacji. To optymistyczne. Bardziej dokładne: wymagania konserwacyjne są minimalne w porównaniu z licznikami mechanicznymi.

Przetworniki wymagają okresowych przeglądów. Masa sprzęgająca wysycha i wymaga odświeżenia. Elektronika dryfuje w czasie i korzysta z weryfikacji względem standardów referencyjnych. Aktualizacje oprogramowania sprzętowego usuwają błędy lub ulepszają algorytmy. Baterie w urządzeniach przenośnych wyczerpały się.

Żadne z tych rozwiązań nie jest w stanie sprostać wymaganiom związanym z konserwacją przepływomierzy wyporowych z ich obracającymi się elementami, przepływomierzy turbinowych z łożyskami, które ostatecznie ulegają uszkodzeniu, czy też liczników wirowych z erozją prętów odprowadzających. Ale „minimalne” nie jest „zero”. Odpowiedni budżet.

dowiedz się więcej

Portable ultrasonic flowmeter performance characteristics

Początkowa cena zakupu jest wyższa niż w przypadku podstawowych liczników mechanicznych, niższa niż-najwyższej klasy mierniki Coriolisa lub wyrafinowane konstrukcje elektromagnetyczne. Zacisk-na instalacji obniża całkowity koszt wdrożenia w porównaniu z alternatywnymi rozwiązaniami wbudowanymi wymagającymi modyfikacji rurociągów.

Długoterminowa-ekonomika zwykle faworyzuje technologię ultradźwiękową. Brak spadku ciśnienia oznacza brak strat energii na przepychanie płynu przez ograniczenie przepływu. Brak części zwilżanych oznacza brak kosztów wymiany-związanych z korozją. Przenośność oznacza, że jeden licznik obsługuje wiele lokalizacji. To, czy te zalety przeważają nad wyższymi kosztami początkowymi, zależy od konkretnej sytuacji, oczekiwanej żywotności i tego, jak bardzo cenisz sobie brak cięcia rur.

Przepływomierze ultradźwiękowe reprezentują prawdziwy spryt inżynieryjny-, mierzący coś tak praktycznego, jak prędkość cieczy, przy użyciu czegoś tak abstrakcyjnego, jak przesunięcie częstotliwości w niesłyszalnych falach dźwiękowych. Technologia ta znacznie się rozwinęła od czasu pierwszych zastosowań komercyjnych w latach 70. XX wieku i stale się udoskonala w miarę ulepszania przetwarzania sygnału i ewolucji konstrukcji przetworników.

Nie są to rozwiązania uniwersalne. Napowietrzone czyste ciecze mylą mierniki Dopplera. Strumienie zawierające duże ilości-cząstek utrudniają przewidywanie-czasu tranzytu. Rury z wykładziną powodują problemy. Częściowo wypełnione rury powodują większe problemy. Każda technologia ma słabe punkty.

Jednak w przypadku odpowiednich zastosowań-a jest wiele-mierników ultradźwiękowych, które oferują połączenie dokładności,-nieinwazyjności i niezawodności, z którymi trudno jest dorównać alternatywnym technologiom. Fizyka syreny ambulansu, która wcześniej wydawała się ciekawostką? Okazuje się, że oprzyrządowanie przemysłowe jest warte kilka miliardów dolarów rocznie. Christiana Dopplera prawdopodobnie uznałoby to za zabawne.