Разумевање ултразвучних мерача протока и његовог принципа рада у мерењу протока воде

Мерење брзине протока укључује одређивање количине течности која пролази кроз одређену површину посуде у одређено време. Као и сви облици мерења, и он има свакодневне примене, почев од употребе у праћењу потрошње воде и гаса за процену рачуна до критичнијих индустријских примена (нпр. Мешање већег броја хемикалија у великим размерама) где мерење протока игра кључну улогу у одржавању квалитет процеса / производа.

Да би се утврдила брзина протока, користе се посебне врсте бројила која се називају мерачи протока. Постоји много различитих врста мерача протока због различитих захтева у мерењу протока (линеарни / нелинеарни, маса / запреминска брзина, итд.). Бројила се међусобно разликују на основу различитих фактора, укључујући; технику мерења коју примењују, специфичне параметре протока које надгледају, запремину течности коју могу пратити и њихове физичке атрибуте да поменемо неколико. ИФС201 је популарни сензор протока воде, који смо раније користили за мерење протока воде користећи Ардуино и израчунату брзину протока и распршену запремину.

Неке од врста / категорија мерача протока укључују; Турбина, вртлог, топлотна маса, магнетни, овални зупчаник, лопата, Цориолис, масни проток, мали проток и ултразвучни мерачи протока који су у фокусу овог чланка. Ултразвучни мерачи протока пружају неинвазивно, врло поуздано средство за одређивање количине течности која тече кроз посуду и пронашли су примену у различитим индустријама, од нафте и гаса до добављача комуналних услуга.

У овом чланку ћемо размотрити све око ултразвучног мерача протока, како они функционишу, предности и недостатке.

Ултразвучни мерач протока

Као што и само име говори, ултразвучни мерач протока, један од широко коришћених мерача протока, је ненаметљиви уређај који израчунава запремински проток течности мерећи њену брзину ултразвуком. Може да мери проток течности у практично било којој течности где звучни таласи могу да преносе. Овај тип мерача протока обично се сматра „хибридним“, јер може да користи Допплер-ов принцип или метод транзитног времена за мерење протока, о оба принципа ћемо размотрити касније у овом чланку. Имајте на уму да се ови мерачи протока називају и доплеровим мерачима протока ако раде по допплер принципу.

Ултразвучни мерачи протока су најидеалнији за примене воде где су потребни пад ниског притиска, слабо одржавање и хемијска компатибилност. Они углавном неће радити са пијаћом или дестилованом водом, али су погодни за употребу у отпадним водама или проводљивим прљавим течностима. Користе се са абразивним и корозивним течностима јер не ометају течност која протиче кроз цевоводе.

Принцип рада ултразвучног мерача протока

Ултразвучни мерачи протока користе принципе одјека и промене брзине звука у различитим медијима за мерење протока. Мерачи обично садрже два ултразвучна претварача, од којих један делује као предајник, а други као пријемник. Два претварача могла су бити постављена један поред другог или под углом један на други на супротним странама пловила. Преносни претварач емитује звучне импулсе са површине сензора у течност и прима их претварач одређен као пријемник. Затим се процењује и користи звучно импулсно путовање од предајника до пријемника, познато као транзитно време и користи се за одређивање брзине протока и других параметара.

За другу конфигурацију, са предајником и пријемником постављеним један поред другог, предајник емитује звучни импулс док пријемник надгледа време потребно за пријем еха преноса.

Без обзира на конфигурацију сензора, мерење са временском разликом транзита заснива се на чињеници да; звучни таласи који се шире у смеру протока медија крећу се брже од таласа који се шире у смеру протока медија. Дакле, разлика у транзитном времену је директно пропорционална брзини протока медија и овај принцип се користи за тачно мерење запремине гасова и течности, као и за добијање густине и вискозности.

Иако су горње две методе врло често коришћене, различити ултразвучни мерачи протока користе модификовану верзију овог, засновану на врсти течности и мерењима која треба обавити. Доленаведена слика ултразвучног мерача воде илуструје како су претварачи узводно и низводно постављени унутар сензорске цеви заједно са неким рефлекторима за дизајн водомера. Стварна хардверска поставка истог је такође приказана са обе означене сонде.

Израчунавање брзине протока помоћу ултразвучних сензора протока

Да бисте добили јасније разумевање техничких детаља који стоје иза овога, размотрите доњу слику која приказује прву конфигурацију са претварачима предајника (ТА) и пријемника (ТБ) постављених под углом један насупрот другог;

Нека је време потребно акустичном таласу да пређе од предајника до пријемника, односно у смеру протока медија, Т _{А –Б}, а време потребно да се пређе са пријемног претварача на преносни претварач, то је против смера протока Т _{Б –А}.

Разлика у два транзитна времена је директно пропорционална просечној брзини протока, в _м средине, тј;

Т _{Б –А} - Т _{А –Б} = в _м ------------- Једначина 1

Будући да је транзитно време сигнала растојање између одашиљача и пријемника предајника подељено брзином која је потребна звучном сигналу да би прешао са једног претварача на други, имамо

Т _{А –Б} = Л / (Ц _АБ + в * цосα) -------------- Једначина 2

И;

Т _{Б –А} = Л / (Ц _БА - в * цос α) --------------- Једначина 3

Једначине 2 и 3 дефинишу брзину протока између претварача А узводно и претварача Б низводно. где;

в = брзина протока медијума, Л = дужина акустичке путање, ц = брзина звука у медијуму, а алфа „α“ је угао на цев под којим ултразвучни звук путује од предајника до пријемника.

Под претпоставком да је брзина звука у медијуму константна (тј. Да нема промене параметара попут густине течности, температуре итд.);

(Л / (2 * цос)) * (Т _{Б – А} - Т _{А – Б}) / (Т _{Б – А} к Т _{А – Б})

помноживши просечну брзину са површином попречног пресека цеви, добијамо проток, К као;

К = (π * Д ³) / (4 * син 2α) * (Т _{Б – А} - Т _{А – Б}) / (Т _{Б – А} к Т _{А – Б})

Површина попречног пресека цеви је константна за линијски ултразвучни мерач протока пречника Д.

Примена ових једначина без променљивих као што су густина, температура, притисак, брзина звука и друге карактеристике дефинисане медијумом / течношћу, показује разлоге иза свестраности и тачности ултразвучних мерача протока.

Предности / значај ултразвучних бројила

Главне предности ултразвучних мерача протока морају бити њихова неинвазивна природа и способност рада са било којом врстом течности (јер густина и брзина звука у течностима нису битни). Разне супстанце (укључујући хемикалије, раствараче, уља, итд.) Са различитим својствима транспортују се и дистрибуирају цевоводним системима сваког дана са потребом да се надгледа њихов проток. Неинвазивна природа ултразвучних мерача протока чини их гото мерачима у оваквим ситуацијама. Због тога проналазе примену у различитим индустријским секторима, од хемијске индустрије до прераде хране, пречишћавања воде и нафтног и гасног сектора.

Мане

Главни недостатак ултразвучних мерача протока мора бити њихова цена. Због сложености свог дизајна, ултразвучни мерачи протока су обично скупљи од механичких или других врста мерача, јер захтевају више напора и компонената,

Поред сложености дизајна и трошкова, ултразвучни мерачи протока такође захтевају ниво стручности у постављању / руковању, у поређењу са већином других врста бројила.

Врхунски ултразвучни мерачи протока на тржишту

Иако се очекује да ће тржиште глобалног ултразвучног мерача протока достићи 2 милијарде америчких долара до 2024. године, тржиште је забележило снажан раст у последњих неколико година, захваљујући својој данашњој примени у бројним индустријама и увођењу неких ново побољшаних варијанти. Многи произвођачи су развили ултразвучне мераче протока са напредном технологијом како би побољшали тачност мерења. Како овај мерач одговара на специфична индустријска решења, очекује се да ће најновији догађаји покренути тржиште током предвиђених периода. Врхунски ултразвучни мерачи протока на тржишту укључују:

Сониц-Виев ултразвучни мерачи протока: Сониц-виев, једно од најбољих решења за мерење протока ниских течности, функционише по принципу транзитног времена. Претварачи нису у контакту са подлогом и у њима нема покретних делова. Непобједиве карактеристике попут ниских трошкова власништва, година рада без одржавања, заштићених претварача, животног циклуса робусног бројила и његове неосјетљивости на врхове притиска и честице, све доприноси зашто је ултразвучни мјерач протока звучног приказа један од најбоља решења на тржишту бројила.

Ултразвучни водомери Схметерс: Под различитим условима протока цеви, овај ултразвучни водомер за индустријске и комерцијалне сврхе може да обележи мерења на пројектном пресеку са највећом могућом тачношћу мерења. Мерач се напаја на батерије и може непрекидно радити 10 година са само једном батеријом; његова потрошња енергије је мања од 0,5мВ. Може да настави да ради дуго без утицаја магнетних сметњи. У међувремену је изузетно поуздан и осетљив, брзина протока од само 0,002м / с може се брзо открити.

Ултразвучни мерачи протока Ситранс ФС: Они пружају импресивне перформансе за разне гасове и течности, јер могу да раде независно од температуре, вискозности, проводљивости, притиска, густине и под најтежим условима. Ситранс ФС220 се поноси као најбоље решење у класи за директне мере протока јер се чини да су његове могућности бескрајне.

Посебно у потрошачким апликацијама, ултразвучни мерачи постају побољшани технологијама попут ЛоРа која омогућава општинским и сродним властима да надгледају ствари попут потрошње плина и воде на даљину. Природа комуникационог медија мале снаге омогућава да ови бројила трају 5+ година са једним пуњењем батерије, много више од онога што се може постићи коришћењем механичких бројила.