- Ultrazvočni merilnik pretoka
- Načelo delovanja ultrazvočnega merilnika pretoka
- Izračun hitrosti pretoka z uporabo ultrazvočnih senzorjev pretoka
- Prednosti / pomen ultrazvočnih števcev
- Slabosti
- Najboljši ultrazvočni merilniki pretoka na trgu
Merjenje pretoka vključuje določanje količine tekočine, ki v določenem času prehaja skozi določeno površino posode. Kot vse oblike meritev ima tudi v vsakdanjem življenju vse od uporabe pri spremljanju porabe vode in plina za oceno računa do bolj kritičnih industrijskih aplikacij (npr. Mešanje več kemikalij v velikem obsegu), kjer ima merjenje pretoka ključno vlogo pri kakovost postopka / izdelka.
Za določitev pretoka se uporabljajo posebne vrste števcev, imenovane merilniki pretoka. Obstajajo številne različne vrste merilnikov pretoka zaradi različnih zahtev pri merjenju pretoka (linearne / nelinearne, masne / volumetrične hitrosti itd.). Merilniki se med seboj razlikujejo glede na različne dejavnike, med drugim; merilno tehniko, ki jo uporabljajo, specifične parametre pretoka, ki jih spremljajo, količino tekočine, ki ji lahko sledijo, in njihove fizične lastnosti, da omenimo nekaj. YFS201 je priljubljen senzor pretoka vode, ki smo ga že uporabljali za merjenje pretoka vode z uporabo Arduina in izračunano stopnjo pretoka in razpršeno količino.
Nekatere vrste / kategorije merilnikov pretoka vključujejo; Merilniki turbine, vrtinčenja, toplotne mase, magnetnega, ovalnega zobnika, vesla, Coriolis, masnega pretoka, nizkega pretoka in ultrazvočnih merilnikov pretoka, ki so v središču tega članka. Ultrazvočni merilniki pretoka zagotavljajo neinvazivno, zelo zanesljivo sredstvo za določanje količine tekočine, ki teče skozi posodo, in so našli uporabo v različnih panogah, od nafte in plina do ponudnikov komunalnih storitev.
V tem članku bomo preučili vse okoli ultrazvočnega merilnika pretoka, kako delujejo, prednosti in slabosti.
Ultrazvočni merilnik pretoka
Kot že ime pove, je ultrazvočni merilnik pretoka, eden od pogosto uporabljanih merilnikov pretoka, nevsiljiva naprava, ki izračuna volumenski pretok tekočine z merjenjem njene hitrosti z ultrazvokom. Izmeri lahko pretok tekočine v skoraj vsaki tekočini, kamor lahko prenašajo zvočni valovi. Ta tip merilnika pretoka se običajno šteje za "hibridnega", saj lahko za merjenje pretoka uporablja Dopplerjevo načelo ali metodo prehodnega časa, o obeh načelih bomo razpravljali kasneje v tem članku. Upoštevajte, da so ti merilniki pretoka imenovani tudi Dopplerjevi merilniki pretoka, če delujejo po doplerskem principu.
Ultrazvočni merilniki pretoka so najbolj idealni za uporabo v vodi, kjer je potreben padec nizkega tlaka, nizko vzdrževanje in kemijska združljivost. Običajno ne bodo delali s pitno ali destilirano vodo, vendar so primerni za uporabo v odpadni vodi ali prevodnih umazanih tekočinah. Uporabljajo se z abrazivnimi in jedkimi tekočinami, saj ne ovirajo tekočine, ki teče skozi cevovode.
Načelo delovanja ultrazvočnega merilnika pretoka
Ultrazvočni merilniki pretoka za merjenje pretoka uporabljajo načela odmeva in spreminjanja hitrosti zvoka v različnih medijih. Merilniki običajno vsebujejo dva ultrazvočna pretvornika, pri čemer je eden oddajnik, drugi pa sprejemnik. Oba pretvornika sta lahko nameščena drug ob drugem ali pod kotom drug na drugega na nasprotnih straneh posode. Oddajni pretvornik oddaja zvočne impulze s površine senzorja na tekočino in ga sprejema pretvornik, imenovan kot sprejemnik. Nato se oceni in uporabi čas določanja hitrosti pretoka in drugih parametrov, da zvočni impulz potuje od oddajnika do sprejemnika, znan kot tranzitni čas.
Za drugo konfiguracijo, ko sta oddajnik in sprejemnik nameščena drug ob drugem, oddajnik oddaja zvočni impulz, medtem ko sprejemnik spremlja čas, potreben za sprejem odmeva prenosa.
Ne glede na konfiguracijo senzorja merjenje s prehodno časovno razliko temelji na dejstvu, da; zvočni valovi, ki se širijo v smeri toka medija, se premikajo hitreje kot valovi, ki se širijo proti smeri toka medija. Tako je razlika v prehodnem času neposredno sorazmerna s hitrostjo pretoka medija in to načelo se uporablja za natančno merjenje prostornine plinov in tekočin ter tudi za določanje gostote in viskoznosti.
Medtem ko sta zgornji dve metodi zelo pogosto uporabljeni, različni ultrazvočni merilniki pretoka uporabljajo spremenjeno različico tega, ki temelji na vrsti tekočine in meritvah, ki jih je treba opraviti. Spodnja slika ultrazvočnega vodomera prikazuje, kako so pretvorniki gorvodno in dolvodno nameščeni znotraj senzorske cevi skupaj z nekaterimi reflektorji za zasnovo vodomera. Dejanska nastavitev strojne opreme iste je prikazana tudi z označenima obema pretvornikoma.
Izračun hitrosti pretoka z uporabo ultrazvočnih senzorjev pretoka
Za boljše razumevanje tehničnih značilnosti tega si oglejte spodnjo sliko, ki prikazuje prvo konfiguracijo s pretvorniki oddajnika (TA) in sprejemnika (TB), nameščenih pod kotom, ki je nasproti drug drugemu;
Čas, potreben za pot akustičnega vala od oddajnika do sprejemnika, to je v smeri toka medija, naj bo T A –B, in čas, potreben za njegovo premikanje od sprejemnega pretvornika do oddajnega pretvornika, to je proti smeri toka T B –A.
Razlika v dveh tranzitnih časih je neposredno sorazmerna s povprečno hitrostjo pretoka, v m medija, tj.
T B –A - T A –B = v m ------------- Enačba 1
Ker je tranzitni čas signala razdalja med oddajnim pretvornikom in sprejemnim oddajnikom, deljena s hitrostjo, ki jo potrebuje zvočni signal za pot od enega pretvornika do drugega, imamo
T A –B = L / (C AB + v * cosα) -------------- Enačba 2
In;
T B –A = L / (C BA - v * cos α) --------------- Enačba 3
Enačbi 2 in 3 definirata pretok med pretvornikom A gorvodno in pretvornikom B navzdol. kje;
v = hitrost pretoka medija, L = dolžina akustične poti, c = hitrost zvoka v mediju in alfa "α" je kot na cev, pri katerem ultrazvočni zvok potuje od oddajnika do sprejemnika.
Ob predpostavki, da je hitrost zvoka v mediju konstantna (tj. Brez sprememb parametrov, kot so gostota tekočine, temperatura itd.), Ki jih imamo;
(L / (2 * cos)) * (T B – A - T A – B) / (T B – A x T A – B)
pomnožimo povprečno hitrost s površino preseka cevi, dobimo pretok, Q as;
Q = (π * D 3) / (4 * sin 2α) * (T B – A - T A – B) / (T B – A x T A – B)
Območje preseka cevi je konstantno za vgrajeni ultrazvočni merilnik pretoka s premerom D.
Izvajanje teh enačb brez spremenljivk, kot so gostota, temperatura, tlak, hitrost zvoka in druge značilnosti medija / tekočine, prikazuje razloge. za vsestranskostjo in natančnostjo ultrazvočnih merilnikov pretoka.
Prednosti / pomen ultrazvočnih števcev
Glavne prednosti ultrazvočnih merilnikov pretoka morajo biti njihova neinvazivna narava in sposobnost dela s katero koli vrsto tekočine (saj gostota in hitrost zvoka v tekočinah nista pomembna). Različne snovi (vključno s kemikalijami, topili, olji itd.) Z različnimi lastnostmi se vsak dan prevažajo in distribuirajo po cevnih sistemih, pri čemer je treba spremljati njihov pretok. Zaradi neinvazivne narave ultrazvočnih merilnikov pretoka so v takih situacijah merilci goto. Zato najdejo uporabo v različnih industrijskih sektorjih, od industrij, povezanih s kemikalijami, do predelave hrane, obdelave vode ter naftnega in plinskega sektorja.
Slabosti
Glavna pomanjkljivost ultrazvočnih merilnikov pretoka mora biti njihova cena. Zaradi zapletenosti zasnove so ultrazvočni merilniki pretoka običajno dražji od mehanskih ali drugih vrst števcev, saj zahtevajo več truda in komponent,
Poleg zapletenosti načrtovanja in stroškov ultrazvočni merilniki pretoka zahtevajo tudi raven strokovnega znanja pri namestitvi / ravnanju z njimi v primerjavi z večino drugih vrst števcev.
Najboljši ultrazvočni merilniki pretoka na trgu
Medtem ko naj bi trg globalnega ultrazvočnega merilnika pretoka do leta 2024 dosegel 2 milijardi USD, je trg v zadnjih nekaj letih priča močni rasti, zahvaljujoč današnji uporabi v številnih panogah in uvedbi nekaterih na novo izboljšanih različic. Številni proizvajalci so razvili ultrazvočne merilnike pretoka z napredno tehnologijo za izboljšanje natančnosti merjenja. Ker ta števec ustreza rešitvam, specifičnim za posamezne panoge, naj bi najnovejši razvoj poganjal trg v napovedanih obdobjih. Vrhunski ultrazvočni merilniki pretoka na trgu vključujejo:
Sonic-View ultrazvočni merilniki pretoka: Sonic-view, ena najboljših rešitev za merjenje pretoka nizkih tekočin, deluje po principu prehodnega časa. Pretvorniki niso v stiku z medijem in v instrumentih ni gibljivih delov. Neprekosljive lastnosti, kot so nizki stroški lastništva, leta delovanja brez vzdrževanja, zaščiteni pretvorniki, življenjski cikel robustnega števca in njegova neobčutljivost na vrhove tlaka in delcev, vse prispevajo k temu, zakaj je ultrazvočni merilnik pretoka zvočnega pogleda eden izmed najboljše rešitve na trgu števcev.
Štimetrski ultrazvočni vodomeri: V različnih pogojih pretoka cevi lahko ta ultrazvočni vodomer za industrijske in komercialne namene z največjo natančnostjo merjenja označi meritve v odsekih. Števec se napaja iz akumulatorja in lahko 10 let neprekinjeno deluje samo z eno baterijo; njegova poraba energije je manjša od 0,5 mW. Lahko deluje še dolgo, ne da bi nanj vplivale magnetne motnje. Medtem je zelo zanesljiv in občutljiv, hitrost pretoka tako nizka kot 0,002 m / s je mogoče hitro zaznati.
Ultrazvočni merilniki pretoka Sitrans FS: zagotavljajo impresivno zmogljivost za različne pline in tekočine, saj lahko delujejo neodvisno od temperature, viskoznosti, prevodnosti, tlaka, gostote in v najtežjih pogojih. Sitrans FS220 se ponaša z najboljšo rešitev v svojem razredu za enostavne meritve pretoka, saj so njegove možnosti neskončne.
Zlasti v potrošniških aplikacijah ultrazvočne merilnike izboljšujejo tehnologije, kot je LoRa, ki omogoča občinskim in sorodnim organom, da na daljavo spremljajo porabo plina in vode. Narava komunikacijskega medija z majhno močjo omogoča, da lahko ti števci zdržijo 5+ let z enim samim polnjenjem baterije, kar je veliko več, kot je mogoče doseči z uporabo mehanskih števcev.