Az ultrahangos áramlásmérők megértése és működési elve a vízáramlás mérésében

Az áramlási sebesség mérése magában foglalja az edény meghatározott felületén egy adott időpontban áthaladó folyadék mennyiségének meghatározását. A mérések minden formájához hasonlóan a mindennapi életben is vannak alkalmazásai, kezdve a víz- és gázfogyasztás nyomon követésénél a számlák becslésén át a kritikusabb ipari alkalmazásokig (pl. Több vegyszer nagymértékű keverése), ahol az áramlási sebesség mérése kulcsszerepet játszik a a folyamat / termék minősége.

Az áramlási sebesség meghatározásához speciális típusú áramlásmérőknek nevezett mérőket alkalmaznak. Az áramlásmérés eltérő követelményeinek (lineáris / nem lineáris, tömeg / térfogatáram stb.) Köszönhetően sokféle áramlásmérő létezik. A mérők különböző tényezők alapján változnak, többek között; az általuk alkalmazott mérési technika, az általuk figyelt áramlási paraméterek, a nyomon követhető folyadék térfogata és fizikai jellemzőik, hogy néhányat említsünk. Az YFS201 egy népszerű vízáramlás-érzékelő, amelyet korábban már használtunk a víz áramlásának mérésére Arduino és a kiszámított áramlási sebesség és a diszpergált mennyiség segítségével.

Néhány áramlásmérő típus / kategória a következőket tartalmazza: Turbina, örvény, hőtömeg, mágneses, ovális sebességfokozat, lapátkerék, Coriolis, tömegáram, alacsony áramlású és ultrahangos áramlásmérők, amelyek a cikk középpontjában állnak. Az ultrahangos áramlásmérők nem invazív, nagyon megbízható eszközt biztosítanak az edényen átáramló folyadék mennyiségének meghatározásához, és számos iparágban találtak alkalmazást az olajtól és a gáztól a közüzemi szolgáltatókig.

Ehhez a cikkhez mindent megvizsgálunk az ultrahangos áramlásmérő körül, működésüket, előnyeit és hátrányait.

Az ultrahangos áramlásmérő

Ahogy a neve is mutatja, az ultrahangos áramlásmérő, amely az egyik széles körben használt áramlásmérő, nem tolakodó eszköz, amely kiszámítja a folyadék térfogatáramát úgy, hogy ultrahanggal méri annak sebességét. Meg tudja mérni a folyadék áramlását gyakorlatilag minden olyan folyadékban, ahol a hanghullámok át tudnak adni. Ezt a fajta áramlásmérőt általában „hibridnek” tekintik, mivel akár a Doppler-elv, akár az átmeneti idő módszerét alkalmazhatja az áramlás mérésére, mindkét alapelvet a cikk későbbi részében tárgyaljuk. Ne feledje, hogy ezeket az áramlásmérőket Doppler áramlásmérőknek is hívják, ha a doppler elv alapján működnek.

Az ultrahangos áramlásmérők a legideálisabbak olyan vízi alkalmazásokhoz, ahol alacsony nyomásesés, alacsony karbantartás és kémiai kompatibilitás szükséges. Általában nem fognak ivó- vagy desztillált vízzel dolgozni, de alkalmasak szennyvíz- vagy vezetőképes piszkos folyadékok alkalmazására. Csiszoló és maró folyadékokkal használják, mivel nem akadályozzák a csővezetéken keresztül áramló folyadékot.

Az ultrahangos áramlásmérő működési elve

Az ultrahangos áramlásmérők a visszhang és a különböző hanghordozók hangsebességének variációit használják az áramlás mérésére. A mérők általában két ultrahangos jelátalakítót tartalmaznak, amelyek közül az egyik adóként, a másik pedig vevőként működik. A két jelátalakító felszerelhető egymás mellett, vagy egymástól szöget zárva az edény ellentétes oldalán. Az adó jeladó impulzusokat bocsát ki az érzékelő felületétől a folyadékig, és ezt a vevőként kijelölt jeladó fogadja. Ezután megbecsülik azt az időt, amely alatt a hangimpulzus áthalad az adótól a vevőig (átmeneti idő), és ezt felhasználják az áramlási sebesség és egyéb paraméterek meghatározásához.

A második konfigurációnál az adó és a vevő egymás mellé helyezésével az adó kibocsátja a hangimpulzust, miközben a vevő figyeli az adás visszhangjának vételéhez szükséges időt.

Az érzékelő konfigurációjától függetlenül a tranzitidő különbséggel történő mérés azon a tényen alapul, hogy; a közeg áramlási irányában terjedő hanghullámok gyorsabban mozognak, mint a közeg áramlási irányával terjedő hullámok. Így a tranzitidő különbsége közvetlenül arányos a közeg áramlási sebességével, és ezt az elvet használják a gázok és folyadékok térfogatának pontos mérésére, valamint a sűrűség és a viszkozitás levezetésére.

Míg a fenti két módszer a leggyakrabban használt módszer, a különböző ultrahangos áramlásmérők ennek módosított változatát használják, a folyadék típusa és az elvégzendő mérés alapján. Az alábbi ultrahangos vízmérő kép azt szemlélteti, hogy az áramlásirányú és a lefelé irányuló jelátalakítók hogyan helyezkednek el egy érzékelőcsőben, néhány reflektorral együtt a vízáramlásmérő kialakításához. Ugyanennek a tényleges hardverbeállítása is látható mindkét jelátalakítóval.

Áramlási sebesség kiszámítása ultrahangos áramlásérzékelőkkel

A mögöttes technikák tisztább megértése érdekében vegye figyelembe az alábbi képet, amely az első konfigurációt tartalmazza az adó (TA) és a vevő (TB) átalakítókkal, amelyek egymással szemben szöget zárnak be;

Legyen az az idő, amelyre az akusztikus hullámnak az adóból a vevőbe való áthaladása, vagyis a közeg áramlási irányában T _{A – B} kell lennie, és az az idő, amely ahhoz szükséges, hogy elmozduljon a vevő jeladótól az adó adóig., ez ellentétes a T _{B –A} áramlási irányával.

A két tranzitidő különbsége egyenesen arányos a közeg átlagos áramlási sebességével, v _m;

T _{B –A} - T _{A –B} = v _m ------------- 1. egyenlet

Mivel a jel átmeneti ideje az adó adó és a vevő közötti távolság elosztva azzal a sebességgel, amelyre az akusztikus jelnek az egyik jeladótól a másikig kell haladnia

T _{A –B} = L / (C _AB + v * cosα) -------------- 2. egyenlet

És;

T _{B –A} = L / (C _BA - v * cos α) --------------- 3. egyenlet

A 2. és 3. egyenlet meghatározza az A jelátalakító áramlási sebességét az áramlás irányában és a B jelátalakító között az áramlás irányában. hol;

v = a közeg áramlási sebessége, L = az akusztikus út hossza, c = a hang sebessége a közegben, és alfa „α” az a cső szöge, amelynél az ultrahangos hang az adóból a vevőbe halad.

Feltételezve, hogy a közegben a hang sebessége állandó (azaz nincs változás a paraméterekben, például a folyadék sűrűségében, hőmérsékletében stb.);

(L / (2 * cos)) * (T _{B – A} - T _{A – B}) / (T _{B – A} x T _{A – B})

megszorozva az átlagos sebességet a cső keresztmetszetével, megkapjuk az áramlási sebességet, Q as;

Q = (π * D ³) / (4 * sin 2α) * (T _{B – A} - T _{A – B}) / (T _{B – A} x T _{A – B})

A cső keresztmetszeti területe állandó egy D átmérőjű ultrahangos áramlásmérő esetében

. Ezen egyenletek olyan változók nélküli megvalósítása, mint a sűrűség, hőmérséklet, nyomás, hangsebesség és más közegben / folyadékban meghatározott jellemzők, bemutatja az okokat az ultrahangos áramlásmérők sokoldalúsága és pontossága mögött.

Az ultrahangos mérők előnyei / jelentősége

Az ultrahangos áramlásmérők fő előnyeinek nem invazív jellegüknek és bármilyen típusú folyadékkal való együttműködésük képességének kell lenniük (mivel a folyadékban lévő hangsűrűség és sebesség nem számít). A különféle tulajdonságú, változatos anyagokat (beleértve a vegyszereket, oldószereket, olajokat stb.) A csővezetékrendszerek szállítják és terjesztik minden nap, áramlásuk figyelemmel kísérésével. Az ultrahangos áramlásmérők nem invazív jellege teszi őket goto mérőkké ilyen helyzetekben. Ezért találnak alkalmazásokat a különféle ipari ágazatokban, a vegyiparral, az élelmiszer-feldolgozással, a vízkezeléssel, valamint az olaj- és gázszektorral együtt.

Hátrányok

Az ultrahangos áramlásmérők fő hátrányának az árának kell lennie. Tervezésük bonyolultsága miatt az ultrahangos áramlásmérők általában drágábbak, mint a mechanikus vagy más típusú mérők, mivel több erőfeszítést és alkatrészt igényelnek,

A tervezés bonyolultsága és költségei mellett az ultrahangos áramlásmérők a telepítés / kezelés során is hozzáértést igényelnek, összehasonlítva a legtöbb más típusú mérővel.

A legjobb ultrahangos áramlásmérők a piacon

Míg a globális ultrahangos áramlásmérő piaca 2024-re várhatóan eléri a 2 milliárd USD-t, a piac az elmúlt években erőteljes növekedést tapasztalt, köszönhetően a mai számos iparágban alkalmazott alkalmazásának és néhány újonnan továbbfejlesztett változat bevezetésének. Számos gyártó fejlett technológiájú ultrahangos áramlásmérőket fejlesztett ki a mérés pontosságának javítása érdekében. Mivel ez a mérő iparág-specifikus megoldásokat kínál, az előrejelzési időszakokban várhatóan a legújabb fejlemények hajtják majd a piacot. A piacon található ultrahangos áramlásmérők a következők:

Sonic-View ultrahangos áramlásmérők: A szonikus nézet, az egyik legjobb megoldás az alacsony folyadékáramlás mérésére, a tranzitidő elvén működik. Az átalakítók nincsenek érintkezésben a közeggel, és a készülékekben nincsenek mozgó alkatrészek. Az olyan verhetetlen funkciók, mint az alacsony használati költségek, az évekig tartó karbantartás nélküli működés, a védett átalakítók, a robusztus mérőkészülék egész életen át tartó ciklusa és érzéketlen jellege a nyomáscsúcsokkal és a részecskékkel szemben, mind hozzájárulnak ahhoz, hogy a szonikus nézetű ultrahangos áramlásmérő az egyik legjobb megoldások a mérőpiacon.

Shmeters ultrahangos vízmérők: Különböző csőáramlási körülmények között ez az ipari és kereskedelmi célú ultrahangos vízmérő képes a lehető legnagyobb mérési pontossággal megjelölni a tervezési szakasz méréseit. A mérő akkumulátorral működik, és csak egy akkumulátorral képes 10 évig megszakítás nélkül működni; energiafogyasztása kevesebb, mint 0,5 mW. Sokáig működhet anélkül, hogy mágneses interferencia befolyásolná. Eközben rendkívül megbízható és érzékeny, 0,002m / s alacsony áramlási sebességet gyorsan fel lehet mutatni.

A Sitrans FS ultrahangos áramlásmérők: Lenyűgöző teljesítményt nyújtanak különféle gázok és folyadékok számára, mivel hőmérséklettől, viszkozitástól, vezetőképességtől, nyomástól, sűrűségtől függetlenül és a legnehezebb körülmények között is képesek működni. A Sitrans FS220 a kategória legjobb megoldásaként büszkélkedik az egyszerű áramlási mérésekre, mivel lehetőségei végtelennek tűnnek.

Különösen a fogyasztói szintű alkalmazásokban az ultrahangos mérőket olyan technológiák fejlesztik, mint a LoRa, amely lehetővé teszi az önkormányzatok és a kapcsolódó hatóságok számára, hogy távolról figyeljék az olyan dolgokat, mint a gáz és a víz. A kommunikációs közeg alacsony fogyasztású jellege lehetővé teszi, hogy ezek a mérők több mint 5 évig működjenek egyetlen akkumulátor töltéssel, sokkal többet, mint amit a mechanikus mérőkkel el lehet érni.