Če ste kdaj stali blizu avtoceste in opazili, kako se sirena reševalnega vozila oglaša višje, ko hiti proti vam, nato pa pade v nekaj skoraj žalostnega, ko odheva-čestitke, izkusili ste isto fiziko, ki narediultrazvočni merilnik pretokas kljukico. Večina ljudi o tem trenutku ne razmišlja dvakrat. Inženirji so.
Ultrazvočni merilnik pretoka meri, kako hitro se tekočina premika skozi cev z odbijanjem zvočnih valov od nje. Brez gibljivih delov. Brez neposrednega stika s tekočino. Samo zvok počne to, kar zvok počne-potovanje, poskakovanje, premikanje. Tehnologija pravzaprav ni nova, ampak način, kako smo jo izpopolnili v zadnjih nekaj desetletjih? Tam stvari postanejo zanimive.
Zvok, ki ga nihče ne sliši
Tukaj je nekaj o ultrazvoku-to dobesedno pomeni »onstran zvoka«. Govorimo o frekvencah nad 20 kHz, kar je daleč od tistega, kar lahko zaznajo človeška ušesa. Psi se lahko vznemirijo, vendar ne boste slišali ničesar. Merilnik pošlje te nevidne akustične impulze v cev in glede na to, kaj se zgodi naslednje, dobite odčitek pretoka.
Obstajata dva glavna pristopa. Dopplerjev tip in tip-tranzitnega časa. Čeprav si delijo isto ultrazvočno DNK, so bistveno različne živali in izbira napačne za vašo aplikacijo je preprosta napaka, ki se zgodi pogosteje, kot si prodajalci želijo priznati.
Zakaj Dopplerjeva različica potrebuje umazano tekočino
Dopplerjev ultrazvočni merilnik zahteva nekaj v tekočini, da odbija zvok nazaj. delci. Mehurčki. Vse, kar ustvarja tisto, kar inženirji imenujejo "akustične prekinitve". Brez njih nimate ničesar-signal samo prehaja skozi kot svetloba skozi steklo.
Zaradi tega so Dopplerjevi merilniki popolni za odpadno vodo, gnojevke in vse, kar vsebuje lebdeče trdne snovi nad približno 100 delcev na milijon. Najmanjša velikost delcev? Približno 100 mikronov, več ali manj. Manjši od tega in odsev postane nezanesljiv. Merilnik izračuna hitrost glede na to, koliko se odbita frekvenca premakne v primerjavi s tem, kar je bilo oddano. Večji pretok pomeni večji premik. Dovolj preprosto v teoriji.
Toda tukaj je tisto, kar ljudi zmoti: merilnik meri hitrost teh delcev, ne same tekočine. Običajno je to v redu-delci se premikajo s tokom. V zelo turbulentnih razmerah ali stratificiranih tokovih pa lahko dobite odčitke, ki se zdijo razumni, vendar niso povsem pravilni. Vredno vedeti.
Tranzitni-čas: izbira čiste tekočine
Merilniki-tranzitnega časa delujejo drugače. Dva pretvornika sta obrnjena drug proti drugemu čez cev. Eden pošlje impulz navzdol, drugi pa navzgor. V mirni tekočini prideta oba impulza v istem trenutku. Če dodate pretok, bo impulz navzdol prispel hitreje, ker vozi tok, medtem ko se impulz navzgor bori proti njemu.
Časovna razlika med tema dvema prihodoma? To je tvoja hitrost pretoka.
Ni potrebnih delcev. Pravzaprav delci stvari še poslabšajo-saj razpršijo signal in zmanjšajo natančnost. Merilniki-tranzitnega časa želijo čiste tekočine. voda Olja. Nekatere kemikalije. Čistejše, bolje je.
V idealnih pogojih lahko natančnost doseže ±0,5 % odčitka, kar je za ne-invazivno meritev resnično impresivno. Realne-inštalacije običajno pristanejo nekje med 1-3 %, odvisno od stanja cevi, lastnosti tekočine, kakovosti namestitve – vseh spremenljivk, ki jih primeri iz učbenikov priročno prezrejo.
Objemka-pri namestitvi (in zakaj je vsem všeč)
Večina ultrazvočnih merilnikov se pritrdi neposredno na obstoječe cevi. Brez vrtanja. Brez izklopa. Brez rezanja v tlačne vode, medtem ko ima nadzornik vzdrževanja majhen srčni dogodek v bližini.
Nanesete zmes za akustično spojko-v bistvu ultrazvočno mast-pretvornike pritrdite na zunanjost cevi, konfigurirate svoje parametre in merite pretok. Celoten postopek ob dobrem dnevu traja morda eno uro. Primerjajte to z namestitvijo zaslonske plošče ali turbinskega števca, ki zahteva drenažne napeljave, rezanje cevi, varjenje prirobnic, testiranje tlaka ... to ni niti približno.
Prenosljivost je še ena prednost, o kateri nihče ne govori dovolj. Ista sponka-na merilniku se lahko premika med desetinami merilnih točk. Revizija distribucije pretoka celotnega objekta brez nakupa 30 ločenih instrumentov? To je pravi prihranek denarja.
Težava s steno cevi
Nič ni popolno. Ultrazvočni signali morajo dvakrat preiti skozi steno cevi-enkrat vstopiti in enkrat izstopiti. Vsak material stene drugače vpliva na signal.
Nerjavno jeklo prevaja ultrazvok učinkovito, včasih preveč učinkovito. Signal lahko teče vzdolž stene cevi hitreje kot skozi tekočino, kar ustvarja preslušavanje, ki zmede elektroniko. Ogljikovo jeklo se obnaša bolje. Plastične cevi delujejo razmeroma dobro, vendar zahtevajo drugačne konfiguracije pretvornikov. Betonske-obložene cevi? Baker? Materiali, ojačani-s steklenimi vlakni? Vsak predstavlja izzive, ki segajo od "zapleteno, a obvladljivo" do "najti drugo tehnologijo".
Posebej problematične so obloge cevi. Ta gumijasta prevleka ščiti pred korozijo? Lahko popolnoma absorbira vaš ultrazvočni signal. Zračna reža med degradirano oblogo in steno cevi? Še huje. Nekatere naprave poročajo o padcu natančnosti na ±20 % ali popolni odpovedi, ko se stanje obloge poslabša. Zadeve rednega pregleda.
Nihanje temperature in drugi glavoboli
Ultrazvočna hitrost skozi kateri koli medij je odvisna od temperature. Bolj vroča tekočina pomeni hitrejše širjenje zvoka (običajno). Merilnik matematično kompenzira, vendar lahko ekstremna nihanja temperature med merjenjem povzročijo napake-, ki jih elektronika izračuna na podlagi trenutne temperature, medtem ko akustični impulz potuje skozi tekočino, ki se lahko spreminja iz trenutka v trenutek.
Večina sodobnih merilnikov to dobro obvlada. Kljub temu, če vaš proces vključuje hitro toplotno kroženje, to omenite prodajalcu pred nakupom, namesto da težave odkrivate med zagonom.
Vibracije predstavljajo podobne izzive. Težki stroji v bližini lahko stresejo pretvornike, ki se sprostijo iz akustične povezave. Pravilna montaža obravnava to, vendar "pravilna montaža" pomeni različne stvari za različne monterje. Varna mehanska pritrditev in izdatna spojna zmes, pravilno uporabljena, vsakič premagajo modne oblike nosilcev.
Zahteva za celotno cev
Ta ujame ljudi nepripravljene. Ultrazvočni merilniki pretoka zahtevajo popolnoma polne cevi. Delno zapolnjene črte-pogoste v gravitacijskih-sistemih ali prevelikih ceveh-dajo nesmiselne odčitke. Merilnik predpostavlja, da tekočina napolni celoten presek pri izračunu volumetričnega pretoka iz hitrosti. Če samo polovica cevi vsebuje tekočino, je vaš dejanski pretok polovica tega, kar prikazuje zaslon.
Nekateri proizvajalci ponujajo specializirane konfiguracije za delno polne cevi, vendar te povečajo stroške in zapletenost. Enostavnejša namestitev, kjer so zagotovljeni pogoji polne cevi, ali sprejeti, da določene merilne točke preprosto niso primerne za ultrazvočno tehnologijo.
Prilagodljivost velikosti
Za razliko od mnogih tehnologij pretoka ultrazvočni merilniki merijo izjemno dobro. Enako temeljno načelo deluje od pol-palčnih cevi do cevovodov s premerom več metrov. Naftne ploščadi na morju uporabljajo ultrazvočne merilnike na ogromnih linijah za prenos surove nafte. Farmacevtske tovarne jih uporabljajo v majhnih procesnih tokovih. Različne velikosti pretvornikov, različne konfiguracije namestitve, enaka fizika.
Zaradi tega obsega je ultrazvok privlačna možnost za objekte z različnimi velikostmi cevi. Usposabljanje ekip za eno tehnologijo je boljše od vzdrževanja strokovnega znanja pri petih različnih vrstah merilnikov.
Kje se dejansko uporabljajo
Nafta in plin prevladujeta na ultrazvočnem trgu, zlasti za skrbniške prenose-tiste visoke-meritve, kjer denar menja lastnika glede na to, koliko izdelka se premika skozi cev. Več{3}}merilniki-časovnega prehoda s štirimi, šestimi ali osmimi pari pretvornikov dosegajo natančnost, ki jo zahtevajo te aplikacije.
Naprave za čiščenje vode in odpadne vode so v veliki meri odvisne od Dopplerjevih tipov za vode za blato in spremljanje dotoka. Kemična obdelava uporablja obe vrsti, odvisno od lastnosti tekočine. Sistemi HVAC jih uporabljajo za nadzor ohlajene in tople vode. Aplikacije za hrano in pijačo dajejo prednost zasnovam-objemk, ki preprečujejo tveganje kontaminacije.
Rudarska dela močno pritiskajo na Dopplerjeve merilnike, ki merijo gnojevke, ki prenašajo abrazivne delce, ki bi v tednih uničili vsak vsiljiv senzor. Merilniki preživijo, ker se nikoli ne dotaknejo tekočine. Brez obrabnih površin. Brez nadomestnih delov. Samo pretvorniki, ki mirno sedijo na zunanjosti cevi, medtem ko v notranjost teče morilska gnojevka.
Realnost vzdrževanja
Marketinški materiali radi trdijo, da "brez vzdrževanja." To je optimistično. Bolj natančno: zahteve po vzdrževanju so minimalne v primerjavi z mehanskimi merilniki.
Pretvornike je treba redno pregledovati. Spojna zmes se izsuši in zahteva osvežitev. Elektronika se sčasoma spreminja in ima koristi od preverjanja glede na referenčne standarde. Posodobitve vdelane programske opreme odpravljajo napake ali izboljšujejo algoritme. Baterije v prenosnih enotah so izpraznjene.
Nič od tega se ne približa vzdrževalni obremenitvi merilnikov prostornine z vrtečimi se komponentami ali turbinskih merilnikov z ležaji, ki sčasoma odpovejo, ali vrtinčnih merilnikov z ločevalnimi palicami, ki erodirajo. Toda "minimalno" ni "ničla". Proračun ustrezno.
Premisleki glede stroškov
Začetna nakupna cena je višja od osnovnih mehanskih števcev, nižja od-Coriolisovih visokokakovostnih ali sofisticiranih elektromagnetnih modelov. Clamp-on namestitev zmanjša skupne stroške uvedbe v primerjavi z vgrajenimi alternativami, ki zahtevajo spremembo cevi.
Dolgoročna-ekonomija je običajno naklonjena ultrazvoku. Brez padca tlaka pomeni, da ni izgubljene energije za potiskanje tekočine skozi omejitev pretoka. Brez mokrih delov pomeni, da ni stroškov zamenjave,-povezanih s korozijo. Prenosljivost pomeni, da en merilnik služi več lokacijam. Ali te prednosti prevladajo nad višjimi začetnimi stroški, je odvisno od vaše specifične situacije, pričakovane življenjske dobe in tega, koliko cenite nerezovanje v cevi.
Končne misli (nekako)
Ultrazvočni merilniki pretoka predstavljajo pravo inženirsko spretnost-merjenje nečesa tako praktičnega, kot je hitrost tekočine, z uporabo nečesa tako abstraktnega, kot je premik frekvence v neslišnih zvočnih valovih. Tehnologija je od zgodnjih komercialnih uvedb v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja precej dozorela in se še naprej izboljšuje, ko postaja obdelava signalov pametnejša in se razvijajo zasnove pretvornikov.
Niso univerzalne rešitve. Prezračevane čiste tekočine zmedejo Dopplerjeve merilnike. Tokovi,-napolnjeni z veliko delci, premagajo zasnove tranzitnega{3}}časa. Obrobljene cevi povzročajo težave. Večje težave povzročajo delno napolnjene cevi. Vsaka tehnologija ima slepe pege.
Toda za prave aplikacije-je veliko-ultrazvočnih merilnikov, ki ponujajo kombinacijo natančnosti, ne-invazivnosti in zanesljivosti, ki ji alternativne tehnologije le s težavo ustrezajo. Fizika reševalne sirene, ki se je prej zdela nepomembna? Izkazalo se je, da je letno vredno več milijard dolarjev v industrijskih instrumentih. Christianu Dopplerju bi se to verjetno zdelo zabavno.
