Forstå ultralydstrømmålere og dens arbeidsprinsipp i vannstrømningsmåling

Strømningshastighetsmåling innebærer bestemmelse av mengden væske som passerer gjennom et spesifisert overflateareal på et fartøy på et bestemt tidspunkt. Som alle målinger har den hverdagslige applikasjoner, alt fra bruk til overvåking av vann- og gassforbruk for estimering av regninger til mer kritiske industrielle applikasjoner (f.eks. Blanding av flere kjemikalier i stor skala) der strømningshastighetsmåling spiller en nøkkelrolle for å opprettholde kvaliteten på prosessen / produktet.

For å bestemme strømningshastigheten benyttes spesielle typer målere som kalles strømningsmåler. Det er mange forskjellige typer strømningsmåler, på grunn av de forskjellige kravene til strømningsmåling (lineær / ikke-lineær, masse / volumetrisk hastighet, etc). Målerne varierer fra hverandre basert på forskjellige faktorer, inkludert; måleteknikken de bruker, de spesifikke strømningsparametrene de overvåker, væskevolumet de kan spore, og deres fysiske egenskaper for å nevne noen få. YFS201 er en populær vannstrømssensor, som vi tidligere har brukt til å måle vannstrømmen ved hjelp av Arduino og beregnet strømningshastighet og spredt volum.

Noen av typene / kategoriene av strømningsmåler inkluderer; Turbin, vortex, termisk masse, magnetisk, oval gir, skovlhjul, coriolis, massestrøm, lavstrøm og ultralydstrømningsmåler som er fokus for denne artikkelen. Ultralydstrømmålere gir en ikke-invasiv, veldig pålitelig måte å bestemme mengden væske som strømmer gjennom et fartøy, og de har funnet applikasjoner på tvers av forskjellige bransjer fra olje og gass til leverandører av verktøy.

For denne artikkelen vil vi se på alt rundt Ultrasonic Flow Meter, hvordan de fungerer, fordeler og ulemper.

Ultralydstrømningsmåler

Som navnet antyder, er ultralydstrømningsmåler, en av de mye brukte strømningsmålerne, en ikke-påtrengende enhet som beregner volumstrømmen av væske ved å måle hastigheten med ultralyd. Den kan måle væskestrømmen i praktisk talt alle væsker der lydbølger kan overføre. Denne typen strømningsmåler blir vanligvis betraktet som "hybrid", da den enten kan bruke Doppler-prinsippet eller transittidmetoden for å måle strømning. Vi vil diskutere begge prinsippene senere i denne artikkelen. Vær oppmerksom på at disse strømningsmålerne også kalles Doppler-strømningsmåler hvis de opererer ved hjelp av doppler-prinsippet.

Ultralydsmålerne er mest ideelle for vannanvendelser der lavtrykksfall, lite vedlikehold og kjemisk kompatibilitet er nødvendig. De fungerer vanligvis ikke med drikkevann eller destillert vann, men er egnet for avløpsanvendelser eller ledende skitne væsker. De brukes med slipende og etsende væsker, da de ikke hindrer væske som strømmer gjennom rørledningene.

Arbeidsprinsipp for Ultrasonic Flow Meter

Ultralydstrømmålere bruker prinsippene for ekko og variasjon i lydhastigheten på tvers av forskjellige medier for å måle strømning. Målerne inneholder vanligvis to ultralydstransdusere, hvor den ene fungerer som sender og den andre som mottaker. De to transduserne kan enten monteres side om side eller i en vinkel fra hverandre på motsatte sider av fartøyet. Den overførende svingeren avgir lydpulser fra overflaten av sensoren til væsken, og den mottas av svingeren som er utpekt som mottaker. Tiden det tar for lydpulsen å reise fra senderen til mottakeren, kjent som transittid, blir deretter estimert og brukt til å bestemme strømningshastighet og andre parametere.

For den andre konfigurasjonen, med senderen og mottakeren plassert side om side, avgir senderen lydpulsen mens mottakeren overvåker tiden det tar å motta et ekko av overføringen.

Uavhengig av sensorkonfigurasjon er målingen med transittidsforskjell basert på det faktum at; lydbølger som forplanter seg i strømningsretningen til mediet beveger seg raskere enn bølgene som forplanter seg mot mediumets strømningsretning. Dermed er forskjellen i transittid direkte proporsjonal med mediumets strømningshastighet, og dette prinsippet brukes til å måle volumet av gasser og væsker nøyaktig og også for å utlede tetthet og viskositet.

Mens de to ovennevnte metodene er de mest brukte, bruker forskjellige ultralydstrømmålere en modifisert versjon av dette, basert på væsketype og måling som skal utføres. Nedenfor er ultralydsmålerbildet illustrert hvordan oppstrøms- og nedstrømsgivere er plassert inne i et sensorrør sammen med noen reflektorer for en vannstrømningsmålerdesign. Den faktiske maskinvareoppsettet av det samme vises også med begge transduserne merket.

Beregning av strømningshastighet ved bruk av ultralydsensorer

For å få en klarere forståelse av det tekniske bak dette, bør du vurdere bildet nedenfor som inneholder den første konfigurasjonen med sender (TA) og mottaker (TB) transdusere montert i en vinkel motsatt hverandre;

La tiden det tar en akustisk bølge å reise fra senderen til mottakeren, det vil si i strømningsretningen til mediet, være T _{A –B}, og tiden det tar for den å bevege seg fra mottakergiveren til den sendende svingeren., det er mot strømningsretningen T _{B –A}.

Forskjellen i de to transittider er direkte proporsjonal med den gjennomsnittlige strømningshastighet, v _m av mediet ie;

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

Siden transittiden til signalet er avstanden mellom senderen og mottakeren, delt på hastigheten som det akustiske signalet trenger for å reise fra en transduser til den andre vi har

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

Og;

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

Ligning 2 og 3 definerer strømningshastigheten mellom svinger A oppstrøms og svinger B nedstrøms. hvor;

v = mediumets strømningshastighet, L = lengden på den akustiske banen, c = lydhastigheten i mediet, og alfa “α” er vinkelen til røret der ultralydlyden beveger seg fra senderen til mottakeren.

Forutsatt at lydhastigheten i mediet er konstant (dvs. ingen endring i parametere som væsketetthet, temperatur osv.) Har vi;

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

multiplisere gjennomsnittshastigheten med rørets tverrsnittsareal, får vi strømningshastigheten, Q som;

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

Rørets tverrsnittsareal er konstant for en integrert ultralydstrømningsmåler med diameter D.

Implementeringen av disse ligningene uten variabler som tetthet, temperatur, trykk, lydhastighet og andre medie / væskedefinerte egenskaper, viser årsakene bak allsidigheten og nøyaktigheten til ultralydstrømmålere.

Fordeler / betydning av ultralydmåler

De største fordelene med ultralydstrømmålere må være deres ikke-invasive natur og deres evne til å jobbe med alle typer væsker (siden tetthet og lydhastighet i væskene ikke betyr noe). Ulike stoffer (inkludert kjemikalier, løsningsmidler, oljer, etc.) med forskjellige egenskaper transporteres og distribueres av rørsystemer hver eneste dag med behov for å overvåke strømningen. Den ikke-invasive naturen til ultralydstrømmålere gjør dem til målere i situasjoner som denne. Dette er grunnen til at de finner applikasjoner i forskjellige industrisektorer, fra kjemikalierelaterte næringer til matforedling, vannbehandling og olje- og gassektoren.

Ulemper

Den største ulempen med ultralydstrømmålere må være prisen. På grunn av kompleksiteten i utformingen er ultralydstrømmålere vanligvis dyrere enn de mekaniske eller andre typer målere, ettersom de krever mer innsats og komponenter,

Bortsett fra designkompleksitet og kostnad, krever ultralydstrømmålere også et nivå av kompetanse når det gjelder installasjon / håndtering sammenlignet med de fleste andre typer målere.

Topp ultralydsmåler i markedet

Mens markedet for global ultralydstrømningsmåler forventes å nå USD 2 milliarder USD innen 2024, har markedet vært vitne til sterk vekst de siste årene, takket være applikasjonene i mange bransjer i dag og innføringen av noen nylig forbedrede varianter. Mange produsenter har utviklet ultralydstrømmålere med avansert teknologi for å forbedre målingenes nøyaktighet. Ettersom denne måleren henvender seg til bransjespesifikke løsninger, forventes den siste utviklingen å drive markedet i prognoseperiodene. Topp ultrasoniske strømningsmålere i markedet inkluderer:

Sonic-View Ultrasonic Flow Meters: Sonic-view, en av de beste løsningene for måling av lave væskestrømmer, opererer på transittidsprinsippet. Transduserne er ikke i kontakt med mediet, og det brukes ingen bevegelige deler i instrumentene. Uovertruffen funksjoner som lave eierkostnader, år med vedlikeholdsfri drift, beskyttede svingere, en livslang syklus med robust måler og dens ufølsomme natur mot trykkstopper og partikler, alt bidrar til hvorfor ultralydstrømmåleren med ultralydsvisning beste løsningene i målermarkedet.

Shmeters ultralydsvannmålere: Under forskjellige rørstrømningsforhold er denne ultralydvannmåleren for industrielle og kommersielle formål i stand til å merke design-seksjonsmålinger med høyest mulig målenøyaktighet. Måleren er batteridrevet og kan fungere uavbrutt i 10 år med bare ett batteri; strømforbruket er mindre enn 0,5 mW. Den kan fortsette å jobbe lenge uten å bli påvirket av magnetisk interferens. I mellomtiden er det svært pålitelig og følsom, en strømningshastighet så lav som 0,002 m / s kan raskt oppdages.

Sitrans FS Ultrasonic Flow Meter: De leverer imponerende ytelse for en rekke gasser og væsker fordi de kan fungere uavhengig av temperatur, viskositet, ledningsevne, trykk, tetthet og under de tøffeste forhold. Sitrans FS220 er stolt av å være en førsteklasses løsning for enkle strømningsmåler, da mulighetene ser ut til å være uendelige.

Spesielt i forbrukerkvalitetsapplikasjoner blir ultralydmålere forbedret av teknologier som LoRa, som gjør det mulig for kommunale og relaterte myndigheter å overvåke ting som gass- og vannforbruk eksternt. Kommunikasjonsmediets lave effekt gjør at disse målerne kan vare i mer enn 5 år på en enkelt batterilading, langt mer enn det som kan oppnås ved hjelp av mekaniske målere.