- Ultrazvučni mjerač protoka
- Načelo rada ultrazvučnog mjerača protoka
- Izračunavanje brzine protoka pomoću ultrazvučnih senzora protoka
- Prednosti / značaj ultrazvučnih brojila
- Mane
- Vrhunski ultrazvučni mjerači protoka na tržištu
Mjerenje brzine protoka uključuje određivanje količine tekućine koja u određeno vrijeme prolazi kroz određenu površinu posude. Kao i svi oblici mjerenja, i on ima svakodnevnu primjenu, od korištenja u praćenju potrošnje vode i plina za procjenu računa, do kritičnijih industrijskih primjena (npr. Miješanje velikih količina kemikalija), gdje mjerenje protoka igra ključnu ulogu u održavanju kvaliteta postupka / proizvoda.
Za određivanje brzine protoka koriste se posebne vrste brojila koja se nazivaju mjerači protoka. Postoji mnogo različitih vrsta mjerača protoka zbog različitih zahtjeva u mjerenju protoka (linearni / nelinearni, maseni / volumetrijski protok, itd.). Brojila se međusobno razlikuju na temelju različitih čimbenika, uključujući; tehniku mjerenja koju primjenjuju, specifične parametre protoka koje nadgledaju, količinu tekućine koju mogu pratiti i njihove fizičke atribute da nabrojimo nekoliko. YFS201 je popularni senzor protoka vode, koji smo prethodno koristili za mjerenje protoka vode koristeći Arduino i izračunatu brzinu protoka i raspršeni volumen.
Neke od vrsta / kategorija mjerača protoka uključuju; Turbina, vrtlog, toplinska masa, magnetski, ovalni zupčanik, lopatica, Coriolis, maseni protok, mali protok i ultrazvučni mjerači protoka koji su u fokusu ovog članka. Ultrazvučni mjerači protoka pružaju neinvazivno, vrlo pouzdano sredstvo za određivanje količine tekućine koja teče kroz posudu i pronašli su primjenu u različitim industrijama, od nafte i plina do pružatelja komunalnih usluga.
U ovom ćemo članku razmotriti sve oko ultrazvučnog mjerača protoka, kako oni rade, prednosti i nedostatke.
Ultrazvučni mjerač protoka
Kao što i samo ime govori, ultrazvučni mjerač protoka, jedan od široko korištenih mjerača protoka, nenametljiv je uređaj koji izračunava volumenski protok tekućine mjereći njezinu brzinu ultrazvukom. Može izmjeriti protok fluida u gotovo bilo kojoj tekućini gdje zvučni valovi mogu prenositi. Ova vrsta mjerača protoka obično se smatra „hibridnom“, jer za mjerenje protoka može koristiti Doppler-ov princip ili metodu prolaznog vremena, o oba ćemo principa razgovarati kasnije u ovom članku. Imajte na umu da se ovi mjerači protoka nazivaju i doplerovim mjeračem protoka ako rade pomoću doppler principa.
Ultrazvučni mjerači protoka najidealniji su za primjenu vode gdje su potrebni pad niskog tlaka, slabo održavanje i kemijska kompatibilnost. Općenito neće raditi s pitkom ili destiliranom vodom, ali su pogodni za primjenu u otpadnim vodama ili provodljivim prljavim tekućinama. Koriste se s abrazivnim i korozivnim tekućinama jer ne ometaju tekućinu koja prolazi kroz cjevovode.
Načelo rada ultrazvučnog mjerača protoka
Ultrazvučni mjerači protoka koriste principe odjeka i varijacije brzine zvuka na različitim medijima za mjerenje protoka. Mjerači obično sadrže dva ultrazvučna pretvarača, od kojih jedan djeluje kao odašiljač, a drugi kao prijamnik. Dva pretvarača mogla su se montirati jedan pored drugog ili pod kutom jedan na drugi na suprotnim stranama posude. Odašiljački pretvarač emitira zvučne impulse s površine senzora na fluid i prima ga pretvarač određen kao prijamnik. Tada se procjenjuje i koristi zvučno impulsno putovanje od odašiljača do prijamnika, poznato kao tranzitno vrijeme i koristi se u određivanju brzine protoka i ostalih parametara.
Za drugu konfiguraciju, s odašiljačem i prijemnikom smještenim jedan do drugog, odašiljač emitira zvučni impuls dok prijemnik nadgleda vrijeme potrebno za primanje odjeka prijenosa.
Bez obzira na konfiguraciju senzora, mjerenje s vremenskom razlikom prolaska temelji se na činjenici da; zvučni valovi koji se šire u smjeru protoka medija kreću se brže od valova koji se šire prema smjeru protoka medija. Dakle, razlika u vremenu prolaska izravno je proporcionalna brzini protoka medija i taj se princip koristi za točno mjerenje volumena plinova i tekućina, a također i za dobivanje gustoće i viskoznosti.
Iako su gornje dvije metode vrlo često korištene, različiti ultrazvučni mjerači protoka koriste modificiranu verziju toga, ovisno o vrsti tekućine i mjerenjima koja treba obaviti. Dolje ultrazvučni mjerač vode slika prikazuje kako se uzvodno i nizvodno pretvarači su smješteni unutar cijevi osjetnika, zajedno s nekim reflektora za dizajn protoka vode metar. Stvarna hardverska postavka istog također je prikazana s označena oba pretvarača.
Izračunavanje brzine protoka pomoću ultrazvučnih senzora protoka
Da biste dobili jasnije razumijevanje tehničkih detalja iza toga, razmotrite donju sliku koja prikazuje prvu konfiguraciju s pretvaračima odašiljača (TA) i prijemnika (TB) postavljenih pod kutom nasuprot jedan drugome;
Neka je vrijeme potrebno akustičnom valu da putuje od odašiljača do prijamnika, odnosno u smjeru protoka medija, T A –B, a vrijeme potrebno za njegovo kretanje od prijemnog pretvarača do odašiljačkog pretvarača, to je protiv smjera protoka T B –A.
Razlika u dva tranzitna vremena izravno je proporcionalna prosječnoj brzini protoka, v m medija, tj.
T B –A - T A –B = v m ------------- Jednadžba 1
Budući da je tranzitno vrijeme signala udaljenost između odašiljača i prijemnika odašiljača podijeljena brzinom koja je potrebna zvučnom signalu da bi prešao s jednog pretvarača na drugi, imamo
T A –B = L / (C AB + v * cosα) -------------- Jednadžba 2
I;
T B –A = L / (C BA - v * cos α) --------------- Jednadžba 3
Jednadžbe 2 i 3 definiraju brzinu protoka između pretvarača A uzvodno i pretvarača B nizvodno. gdje;
v = brzina protoka medija, L = duljina zvučnog puta, c = brzina zvuka u mediju, a alfa "α" je kut prema cijevi pod kojim ultrazvučni zvuk putuje od odašiljača do prijamnika.
Pod pretpostavkom da je brzina zvuka u mediju konstantna (tj. Da nema promjene parametara poput gustoće fluida, temperature itd.) Koje imamo;
(L / (2 * cos)) * (T B – A - T A – B) / (T B – A x T A – B)
pomnoživši prosječnu brzinu s površinom presjeka cijevi, dobivamo protok, Q kao;
Q = (π * D 3) / (4 * sin 2α) * (T B – A - T A – B) / (T B – A x T A – B)
Površina poprečnog presjeka cijevi konstantna je za linijski ultrazvučni mjerač protoka promjera D.
Primjena ovih jednadžbi bez varijabli poput gustoće, temperature, tlaka, brzine zvuka i ostalih karakteristika definiranih medijem / tekućinom, pokazuje razloge iza svestranosti i točnosti ultrazvučnih mjerača protoka.
Prednosti / značaj ultrazvučnih brojila
Glavne prednosti ultrazvučnih mjerača protoka moraju biti njihova neinvazivna priroda i sposobnost rada s bilo kojom vrstom tekućine (budući da gustoća i brzina zvuka u tekućinama nisu bitni). Razne tvari (uključujući kemikalije, otapala, ulja itd.) S različitim svojstvima transportiraju se i distribuiraju cjevovodnim sustavima svaki dan, s potrebom praćenja njihovog protoka. Neinvazivna priroda ultrazvučnih mjerača protoka čini ih metrom goto u ovakvim situacijama. Zbog toga pronalaze primjenu u različitim industrijskim sektorima, od kemijske industrije do prerade hrane, obrade vode i naftnog i plinskog sektora.
Mane
Glavni nedostatak ultrazvučnih mjerača protoka mora biti njihova cijena. Zbog složenosti svog dizajna, ultrazvučni mjerači protoka obično su skuplji od mehaničkih ili drugih vrsta mjerača, jer zahtijevaju više napora i komponenata,
Osim složenosti dizajna i cijene, ultrazvučni mjerači protoka također zahtijevaju razinu stručnosti u postavljanju / rukovanju, u usporedbi s većinom drugih vrsta brojila.
Vrhunski ultrazvučni mjerači protoka na tržištu
Iako se očekuje da će tržište globalnog ultrazvučnog mjerača protoka doseći 2 milijarde USD do 2024. godine, tržište je zabilježilo snažan rast u posljednjih nekoliko godina, zahvaljujući današnjoj primjeni u brojnim industrijama i uvođenju nekih novo poboljšanih varijanti. Mnogi su proizvođači razvili ultrazvučne mjerače protoka s naprednom tehnologijom kako bi poboljšali točnost mjerenja. Kako se ovaj mjerač obračunava s industrijskim rješenjima, očekuje se da će najnoviji događaji pokrenuti tržište tijekom predviđenih razdoblja. Vrhunski ultrazvučni mjerači protoka na tržištu uključuju:
Ultrazvučni mjerači protoka Sonic-View: Sonic-view, jedno od najboljih rješenja za mjerenje niskih protoka tekućine, djeluje na principu vremena prolaska. Pretvarači nisu u dodiru s medijem i unutar instrumenata nema pokretnih dijelova. Nenadmašne značajke poput niskih troškova vlasništva, godina rada bez održavanja, zaštićenih pretvarača, cjeloživotnog ciklusa robusnog brojila i njegove neosjetljivosti na vrhove tlaka i čestice, sve doprinosi zašto je ultrazvučni mjerač protoka zvučnog prikaza jedan od najbolja rješenja na tržištu brojila.
Ultrazvučni vodomjeri od metra: U raznim uvjetima protoka cijevi, ovaj ultrazvučni vodomjer za industrijske i komercijalne svrhe može obilježiti mjerenja u projektnom presjeku s najvećom mogućom točnošću mjerenja. Mjerač se napaja baterijom i može neprekidno raditi 10 godina sa samo jednom baterijom; njegova je potrošnja energije manja od 0,5mW. Može dugo raditi bez utjecaja magnetskih smetnji. U međuvremenu je vrlo pouzdan i osjetljiv, brzina protoka od samo 0,002m / s može se brzo otkriti.
Ultrazvučni mjerači protoka Sitrans FS: Oni pružaju impresivne performanse za razne plinove i tekućine jer mogu raditi neovisno o temperaturi, viskoznosti, vodljivosti, tlaku, gustoći i u najtežim uvjetima. Sitrans FS220 se ponosi kao najbolje rješenje u klasi za izravna mjerenja protoka jer se čini da su njegove mogućnosti bezbrojne.
Posebno u potrošačkim aplikacijama, ultrazvučni mjerači postaju poboljšani tehnologijama poput LoRa koja omogućuje općinskim i srodnim vlastima daljinski nadzor nad stvarima poput potrošnje plina i vode. Priroda komunikacijskog medija male snage omogućuje da ovi brojila traju 5+ godina s jednim punjenjem baterije, mnogo više od onoga što se može postići pomoću mehaničkih brojila.