Forståelse af ultralyds flowmålere og dets funktionsprincip i vandflowmåling

Flowhastighedsmåling involverer bestemmelse af mængden af ​​væske, der passerer gennem et specificeret overfladeareal af en beholder på et bestemt tidspunkt. Som alle former for målinger har det hverdagslige applikationer, der spænder fra dets anvendelse til overvågning af vand- og gasforbrug til regningsestimering til mere kritiske industrielle applikationer (f.eks. Blanding af flere kemikalier i stor skala), hvor flowhastighedsmålingen spiller en nøglerolle i opretholdelsen af kvaliteten af ​​processen / produktet.

For at bestemme strømningshastigheden anvendes specielle typer målere kaldet flowmålere. Der er mange forskellige typer flowmålere på grund af de forskellige krav til flowmåling (lineær / ikke-lineær, masse / volumetrisk hastighed osv.). Målerne varierer fra hinanden baseret på forskellige faktorer, herunder; den målteknik, de anvender, de specifikke flowparametre, de overvåger, det volumen af ​​væske, de kan spore, og deres fysiske egenskaber for at nævne nogle få. YFS201 er en populær vandstrømssensor, som vi tidligere har brugt til at måle vandgennemstrømning ved hjælp af Arduino og beregnet strømningshastighed og dispergeret volumen.

Nogle af typerne / kategorierne af flowmålere inkluderer; Turbine, vortex, termisk masse, magnetisk, ovalt gear, skovlhjul, coriolis, massestrøm, lavt flow og ultralyds flowmålere, som er fokus for denne artikel. Ultralyds flowmålere giver et ikke-invasivt, meget pålideligt middel til at bestemme mængden af ​​væske, der strømmer gennem et fartøj, og de har fundet applikationer på tværs af forskellige brancher fra olie og gas til forsyningsselskaber.

Til denne artikel vil vi se på alt omkring Ultrasonic Flow Meter, hvordan de fungerer, fordele og ulemper.

Ultralyds flowmåler

Som navnet antyder, er ultrasonisk flowmåler, en af ​​de meget anvendte flowmålere, en ikke-påtrængende enhed, der beregner volumenstrømmen af ​​væske ved at måle dens hastighed med ultralyd. Det kan måle væskestrøm i næsten enhver væske, hvor lydbølger kan transmittere. Denne type flowmåler betragtes normalt som "hybrid", da den enten kan bruge Doppler-princippet eller transittidsmetoden til at måle flow, vi vil diskutere begge principper senere i denne artikel. Bemærk, at disse flowmålere også kaldes Doppler-flowmåler, hvis de fungerer ved hjælp af doppler-princippet.

Ultrasoniske flowmålere er mest ideelle til vandanvendelser, hvor lavtryksfald, lav vedligeholdelse og kemisk kompatibilitet er påkrævet. De fungerer normalt ikke med drikkevand eller destilleret vand, men er egnede til spildevandsanvendelser eller ledende snavsede væsker. De bruges med slibende og ætsende væsker, da de ikke forhindrer væske, der strømmer gennem rørledningerne.

Funktionsprincip for Ultrasonic Flow Meter

Ultrasoniske flowmålere bruger principperne for ekko og variation i lydens hastighed på tværs af forskellige medier til at måle flow. Målerne indeholder typisk to ultralydstransducere, hvor den ene fungerer som transmitter og den anden som modtager. De to transducere kunne enten monteres side om side eller i en vinkel fra hinanden på modsatte sider af fartøjet. Den transmitterende transducer udsender lydimpulser fra sensorens overflade til væsken, og den modtages af transduceren, der er udpeget som modtageren. Den tid, det tager for lydimpulsen at rejse fra senderen til modtageren, kendt som transittid, estimeres derefter og bruges til at bestemme strømningshastighed og andre parametre.

I den anden konfiguration udsender senderen og modtageren side om side lydpulsen, mens modtageren overvåger den tid, det tager at modtage et ekko af transmissionen.

Uanset sensorkonfiguration er målingen med transit tidsforskel baseret på det faktum, at; lydbølger, der udbreder sig i mediumets strømningsretning, bevæger sig hurtigere end bølgerne, der udbreder sig mod mediumets strømningsretning. Således er forskellen i transittiden direkte proportional med mediumets strømningshastighed, og dette princip bruges til nøjagtigt at måle volumenet af gasser og væsker og også for at udlede tæthed og viskositet.

Mens de ovennævnte to metoder er de meget almindeligt anvendte, bruger forskellige ultralydsstrømmålere en modificeret version af dette baseret på væsketypen og måling, der skal udføres. Nedenstående billede af ultralydsvandmåler illustrerer, hvordan opstrøms- og nedstrøms-transducere placeres inde i et sensorrør sammen med nogle reflektorer til design af vandstrømningsmålere. Den aktuelle hardwareopsætning af den samme vises også med begge transducere markeret.

Beregning af strømningshastighed ved hjælp af ultralydssensorer

For at få en klarere forståelse af de tekniske forhold bag dette skal du overveje billedet nedenfor, som indeholder den første konfiguration med transmitter (TA) og modtager (TB) transducere monteret i en vinkel overfor hinanden;

Lad den tid det tager en akustisk bølge at rejse fra senderen til modtageren, dvs. i mediumets strømningsretning, være T _{A –B}, og den tid det tager for det at bevæge sig fra den modtagende transducer til den transmitterende transducer, det er mod strømningsretningen T _{B –A}.

Forskellen i de to transittider er direkte proportional med den gennemsnitlige strømningshastighed, v _m af mediet ie;

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

Da signalets transittid er afstanden mellem den transmitterende transducer og den modtagende sender divideret med den hastighed, som det akustiske signal har brug for for at rejse fra en transducer til den anden, vi har

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

Og;

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

Ligninger 2 og 3 definerer strømningshastigheden mellem transducer A opstrøms og transducer B nedstrøms. hvor;

v = mediumets strømningshastighed, L = længden af ​​den akustiske sti, c = lydhastigheden i mediet, og alfa “α” er vinklen til røret, hvormed ultralydslyden bevæger sig fra senderen til modtageren.

Hvis vi antager, at lydhastigheden i mediet er konstant (dvs. ingen ændring i parametre som væskens tæthed, temperatur osv.) Har vi;

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

multiplicerer den gennemsnitlige hastighed med rørets tværsnitsareal, får vi strømningshastigheden, Q som;

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

Rørets tværsnitsareal er konstant for en inline-ultralydsmåler med diameteren D.

Implementeringen af ​​disse ligninger uden variabler som tæthed, temperatur, tryk, lydhastighed og andre medie / væskedefinerede karakteristika viser årsagerne bag alsidigheden og nøjagtigheden af ​​ultralyds flowmålere.

Fordele / betydning af ultralydsmålere

De største fordele ved ultrasoniske flowmålere skal være deres ikke-invasive natur og deres evne til at arbejde med enhver form for væske (da densitet og lydhastighed i væsker ikke betyder noget). Forskellige stoffer (herunder kemikalier, opløsningsmidler, olier osv.) Med forskellige egenskaber transporteres og distribueres af rørsystemer hver eneste dag med behov for at overvåge deres strømning. Ultralyds flowmålernes ikke-invasive karakter gør dem til målere i situationer som denne. Derfor finder de applikationer i forskellige industrisektorer, fra kemisk relaterede industrier til fødevareforarbejdning, vandbehandling og olie- og gassektoren.

Ulemper

Den største ulempe ved ultrasoniske flowmålere skal være deres pris. På grund af kompleksiteten i deres design er ultralydsflowmålere normalt dyrere end de mekaniske eller andre typer målere, da de kræver mere indsats og komponenter,

Bortset fra designkompleksitet og omkostninger kræver ultralyds flowmålere også et niveau af ekspertise ved installation / håndtering sammenlignet med de fleste andre typer målere.

Top ultralyds flowmålere på markedet

Mens markedet for global ultralydsflowmåler forventes at nå USD 2 mia. USD inden 2024, har markedet været vidne til stærk vækst de sidste par år takket være dets applikationer i adskillige industrier i dag og introduktionen af ​​nogle nyligt forbedrede varianter. Mange producenter har udviklet ultrasoniske flowmålere med avanceret teknologi for at forbedre målingens nøjagtighed. Da denne måler henvender sig til branchespecifikke løsninger, forventes den seneste udvikling at drive markedet i prognoseperioderne. Top ultralyds flowmålere på markedet inkluderer:

Sonic-View Ultrasonic Flow Meters: Sonic-view, en af ​​de bedste løsninger til måling af lave væskestrømme fungerer på transit-tidsprincippet. Transducerne er ikke i kontakt med mediet, og der er ingen bevægelige dele, der anvendes i instrumenterne. Uovertrufne funktioner som lave ejerskabsomkostninger, års vedligeholdelsesfri drift, beskyttede transducere, en livslang cyklus med robust måler og dens ufølsomme natur mod tryktoppe og partikler, alt sammen bidrager til, hvorfor ultralydsstrømningsmåler med ultralydsvisning er en af ​​de bedste løsninger på målermarkedet.

Shmeters ultralydsvandmålere: Under forskellige rørstrømningsforhold er denne ultralydsvandmåler til industrielle og kommercielle formål i stand til at markere målinger af designsektioner med den højest mulige målenøjagtighed. Måleren er batteridrevet og kan arbejde uafbrudt i 10 år med kun et batteri; dets strømforbrug er mindre end 0,5 mW. Det kan fortsætte med at arbejde længe uden at blive påvirket af magnetisk interferens. I mellemtiden er det meget pålideligt og følsomt, en strømningshastighed så lav som 0,002 m / s kan hurtigt detekteres.

Sitrans FS Ultrasonic Flow Meter: De leverer imponerende ydeevne for en række gasser og væsker, fordi de kan fungere uafhængigt af temperatur, viskositet, ledningsevne, tryk, tæthed og under de hårdeste forhold. Sitrans FS220 er stolt af en førsteklasses løsning til enkle flowmål, da dens muligheder ser ud til at være uendelige.

Især i applikationer af forbrugerkvalitet forbedres ultralydsmålere med teknologier som LoRa, som giver kommunale og relaterede myndigheder mulighed for at overvåge ting som gas- og vandforbrug eksternt. Kommunikationsmediets lave effekt karakter gør det muligt for disse målere at vare i mere end 5 år på en enkelt batteriopladning, langt mere end hvad der kan opnås ved hjælp af mekaniske målere.