अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर: औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए सम्पूर्ण मार्गदर्शिका |

अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर, आधुनिक औद्योगिक प्रवाह माप में एक महत्वपूर्ण तकनीक के रूप में, विभिन्न क्षेत्रों में अपने विशिष्ट कार्य सिद्धांतों और उत्कृष्ट प्रदर्शन विशेषताओं के कारण महत्वपूर्ण लाभ प्रदर्शित करते हैं। यह तकनीक मुख्य रूप से दो प्रकारों में विभाजित है: डॉपलर और समय-गति, प्रत्येक प्रवाह का पता लगाने के लिए विभिन्न भौतिक सिद्धांतों पर आधारित है।

डॉपलर फ्लोमीटर ध्वनिक डॉपलर प्रभाव का उपयोग करते हैं, तरल में निलंबित कणों या बुलबुले द्वारा पराश्रव्य तरंगों के परावर्तन में आवृत्ति परिवर्तन का पता लगाकर प्रवाह की माप करते हैं। यह तकनीक उन माध्यमों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है जिनमें निलंबित ठोस पदार्थों या बुलबुलों की निश्चित मात्रा होती है, जिससे अपशिष्ट जल उपचार जैसे औद्योगिक अनुप्रयोगों में यह विशेष रूप से प्रभावी बन जाता है। दूसरी ओर, समय-प्रसार (टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट) फ्लोमीटर पराश्रव्य तरंगों के संचरण में समय अंतर का उपयोग करते हैं, जो अधिक मापन योग्य सटीकता प्रदान करता है और मुख्य रूप से अपेक्षाकृत स्वच्छ तरल माध्यमों के लिए उपयोग किया जाता है।

वाटर ट्रीटमेंट ऑटोमेशन के क्षेत्र में, अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर कई तकनीकी लाभ प्रदर्शित करते हैं। उनकी गैर-आक्रामक मापन विधि पाइपलाइनों में दबाव नुकसान को पूरी तरह से रोकती है और पारंपरिक यांत्रिक फ्लोमीटरों से जुड़े पहनने की समस्याओं को खत्म करती है। सेंसर्स की गैर-संपर्क प्रकृति रासायनिक संगतता सुनिश्चित करती है और रखरखाव आवश्यकताओं को काफी कम करती है। इसके अलावा, यह तकनीक चालक तरल पदार्थों और विभिन्न प्रकार के जल-आधारित समाधानों के लिए उपयुक्त है।

यह ध्यान देने योग्य है कि अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर्स की भी विशिष्ट सीमाएं होती हैं। आसुत जल जैसे अत्यधिक शुद्ध माध्यम के लिए, पर्याप्त ध्वनिक परावर्तन इंटरफेस की कमी मापन प्रदर्शन को काफी प्रभावित कर सकती है। इसी तरह, पेयजल जैसे अत्यधिक स्वच्छता मानकों वाले अनुप्रयोगों में उनकी उपयुक्तता का सावधानीपूर्वक मूल्यांकन करना आवश्यक है। ये विशेषताएं इस तकनीक को औद्योगिक प्रक्रियाओं में गंदे तरल पदार्थों के मापन के लिए अधिक उपयुक्त बनाती हैं, न कि उच्च-शुद्धता वाले माध्यम के लिए।

ऐतिहासिक दृष्टिकोण से, अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर्स की तकनीकी आधार को 19वीं सदी के मध्य में ध्वनिक अनुसंधान तक वापस ले जाया जा सकता है। डॉप्लर प्रभाव की वैज्ञानिक खोज ने बाद के इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण सैद्धांतिक आधार तैयार किया। यह भौतिक परिघटना न केवल ध्वनिक आवृत्ति स्थानांतरण की प्रकृति की व्याख्या करती है, बल्कि आधुनिक प्रवाह मापन तकनीकों के लिए नवाचार समाधान भी प्रदान करती है।

अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर, एक उन्नत प्रवाह मापन तकनीक के रूप में, प्रवाहित माध्यम में ध्वनि तरंगों के संचरण गुणों में परिवर्तन के आधार पर काम करते हैं। मापन के सिद्धांत के आधार पर, वे मुख्य रूप से दो प्रकारों में विभाजित होते हैं: डॉप्लर और टाइम-ऑफ-फ्लाइट।

इस प्रकार का फ्लोमीटर प्रवाह मापन के लिए डॉप्लर प्रभाव का उपयोग करता है। जब एक अल्ट्रासोनिक संकेत प्रवाहित माध्यम में निलंबित कणों या बुलबुलों से टकराता है, तो यह परावर्तित तरंगें उत्पन्न करता है। चूंकि परावर्तक माध्यम के साथ गति करते हैं, परावर्तित तरंगों की आवृत्ति में परिवर्तन होता है, जिसे डॉप्लर शिफ्ट के रूप में जाना जाता है। इस शिफ्ट का परिमाण सीधे तरल के वेग से संबंधित होता है, जिससे आवृत्ति शिफ्ट को सटीक रूप से मापकर प्रवाह वेग की गणना की जा सकती है। प्रभावी मापन सुनिश्चित करने के लिए, माध्यम में ध्वनिक परावर्तकों के रूप में कार्य करने के लिए निलंबित कणों की एक निश्चित सांद्रता होनी चाहिए।

टाइम-ऑफ-फ्लाइट फ्लोमीटर प्रवाह वेग को धारा के अनुदिश और प्रतिकूल दिशा में अल्ट्रासोनिक तरंग संचरण के समय अंतर को मापकर निर्धारित करते हैं। एक स्थिर तरल में, दोनों दिशाओं में संचरण का समय समान होता है। जब तरल प्रवाहित होता है, तो अनुप्रवाह संचरण समय कम हो जाता है, जबकि प्रतिकूल संचरण समय बढ़ जाता है। इस समय अंतर को सटीक रूप से मापकर और इसे पाइपलाइन के ज्यामितीय मापदंडों के साथ संयोजित करके, औसत प्रवाह वेग की सटीक गणना की जा सकती है। यह विधि विशेष रूप से अपेक्षाकृत स्वच्छ तरल माध्यम के लिए उपयुक्त है।

एक सामान्य अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर प्रणाली निम्नलिखित मुख्य घटकों से मिलकर बनी होती है:

कार्यप्रवाह निम्नानुसार है: सिग्नल प्रोसेसिंग इकाई ट्रांसड्यूसर को चलाने के लिए एक उच्च आवृत्ति विद्युत सिग्नल उत्पन्न करती है, जो विद्युत सिग्नल को अल्ट्रासोनिक तरंग में परिवर्तित करता है और इसे तरल में स्थानांतरित कर देता है। अभिग्राही ट्रांसड्यूसर परावर्तित या स्थानांतरित अल्ट्रासोनिक सिग्नल को वापस एक विद्युत सिग्नल में परिवर्तित कर देता है, जिसके बाद इसे प्रवाह वेग और प्रवाह दर की गणना के लिए संसाधित किया जाता है।

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में निम्नलिखित कारकों पर विचार किया जाना चाहिए:

तकनीकी प्रगति के साथ, आधुनिक अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर्स में मापने के अधिक उन्नत तरीकों, जैसे अनुकूली संकर मापन तकनीक का विकास हुआ है, जो माध्यम की विशेषताओं के आधार पर स्वचालित रूप से इष्टतम मापन विधि का चयन करती है, जिससे मापन की सटीकता और विश्वसनीयता में और सुधार होता है।

अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर ध्वनिक सिद्धांतों पर आधारित एक गैर-आक्रामक प्रवाह मापन तकनीक है, जो तरल पदार्थों में अल्ट्रासोनिक तरंगों के संचरण गुणों में परिवर्तन का पता लगाकर प्रवाह वेग निर्धारित करती है। इस उपकरण में क्लैंप-ऑन डिज़ाइन की विशेषता होती है जिसे पाइपलाइन की बाहरी दीवार पर सीधे स्थापित किया जा सकता है, पाइपलाइन की संरचना में बिना किसी हस्तक्षेप के या माध्यम के संपर्क में आए, जो इसे कठोर तरल पदार्थों या उच्च दबाव और उच्च तापमान जैसी कठिन परिस्थितियों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है। इसके अतिरिक्त, इसके पोर्टेबल डिज़ाइन में औद्योगिक निरीक्षणों और अस्थायी माप के लिए उच्च लचीलापन होता है।

अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर मुख्य रूप से दो प्रकारों में विभाजित हैं, डॉपलर और टाइम-ऑफ-फ्लाइट, प्रत्येक प्रवाह मापन के लिए विभिन्न भौतिक तंत्रों पर आधारित है:

पारंपरिक यांत्रिक प्रवाहमापी की तुलना में, अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी में कोई दबाव नुकसान नहीं होता है, कोई पहनना नहीं होता है और मजबूत अनुकूलन क्षमता होती है, जो इसे मलजल उपचार, रसायन और ऊर्जा जैसे उद्योगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है। हालांकि, इसके मापन की सटीकता माध्यम विशेषताओं से काफी प्रभावित होती है, इसलिए चयन के दौरान तरल गुणों, पाइपलाइन स्थितियों और वास्तविक अनुप्रयोग आवश्यकताओं जैसे कारकों पर समग्र विचार करना आवश्यक है ताकि सर्वोत्तम मापन प्रदर्शन सुनिश्चित किया जा सके।

अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी का उपयोग कम दबाव ड्रॉप और कम रखरखाव आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोगों के लिए भी उपयुक्त है। डॉपलर अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी मात्रात्मक प्रवाहमापी हैं जो वायुयुक्त तरल पदार्थों, जैसे मलजल या गाद जैसे तरल पदार्थों के लिए आदर्श हैं। समय-उड़ान अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी, दूसरी ओर, पानी या तेल जैसे स्वच्छ तरल पदार्थों के लिए आदर्श हैं।

अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर के तीन मुख्य प्रकार होते हैं। आउटपुट प्रकार (एनालॉग या डिजिटल), पाइप का आकार, न्यूनतम और अधिकतम प्रक्रिया तापमान, दबाव और प्रवाह दर जैसे कारक यह निर्धारित करेंगे कि आपके अनुप्रयोग के लिए कौन सा अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर सबसे उपयुक्त है।

क्लैंप-ऑन अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर सिंगल-सेंसर और डुअल-सेंसर संस्करणों में आते हैं। सिंगल-सेंसर संस्करण में, संचारित करने और अभिग्रहण करने वाले क्रिस्टल एक ही सेंसर बॉडी में स्थित होते हैं, जो पाइप की सतह पर एक बिंदु पर क्लैंप किया जाता है। सेंसर को पाइप से ध्वनिक रूप से जोड़ने के लिए एक यौगिक यौगिक का उपयोग किया जाता है। डुअल-सेंसर संस्करण में, संचारित करने वाला क्रिस्टल एक सेंसर बॉडी में होता है, जबकि अभिग्रहण करने वाला क्रिस्टल दूसरे में होता है। क्लैंप-ऑन डॉप्लर फ्लोमीटर पाइप की दीवार से स्वयं और सेंसर और पाइप की दीवार के बीच किसी भी हवा के अंतराल से होने वाली हस्तक्षेप के प्रति संवेदनशील होते हैं। यदि पाइप की दीवार स्टेनलेस स्टील की बनी है, तो यह संचारित संकेत को इतना दूर तक संचालित कर सकती है कि वापसी गूंज में ऑफसेट हो जाए, जिससे पढ़ाई में हस्तक्षेप होगा। तांबे के पाइप, कंक्रीट लाइन्ड, प्लास्टिक लाइन्ड और फाइबरग्लास प्रबलित पाइप में निर्मित ध्वनिक असंततताएं भी मौजूद होती हैं। ये असंततताएं संचारित संकेत को फैला सकती हैं या वापसी संकेत को कमजोर कर सकती हैं, जिससे फ्लोमीटर की सटीकता में काफी कमी आएगी (अक्सर ±20% के भीतर)। अधिकांश मामलों में, यदि पाइप लाइन्ड है, तो क्लैंप-ऑन फ्लोमीटर काम नहीं कर सकते।

1.1 पाइपलाइन प्रणाली का मूल्यांकन और पुष्टि

स्थापना से पहले लक्षित पाइपलाइन प्रणाली का एक समग्र मूल्यांकन किया जाना चाहिए, यह ध्यान केंद्रित करते हुए कि क्या पाइप का सामग्री ध्वनिक संचरण की मूल आवश्यकताओं को पूरा करती है। कार्बन स्टील और स्टेनलेस स्टील जैसी धातु की पाइपों में आमतौर पर अच्छे ध्वनिक संचरण के गुण होते हैं, जबकि गैर-धातु की पाइपों या विशेष सामग्री से लेपित पाइपों के लिए अतिरिक्त सत्यापन की आवश्यकता होती है। पाइप के आंतरिक लेप की स्थिति का भी ध्यानपूर्वक निरीक्षण किया जाना चाहिए, क्योंकि कुछ लेप सामग्री (जैसे, रबर या पॉलियुरेथेन) अल्ट्रासोनिक संकेत संचरण दक्षता को काफी प्रभावित कर सकती है। इसके अलावा, पाइप का आंतरिक व्यास फ्लोमीटर के विनिर्देशों के साथ सटीक रूप से मेल खाना चाहिए, क्योंकि किसी भी विचलन से मापने में त्रुटि हो सकती है।

1.2 स्थापना स्थान के चयन के मापदंड

मापन यथार्थता सुनिश्चित करने के लिए स्थापन स्थान का चयन महत्वपूर्ण है। क्षैतिज पाइप खंडों या ऊर्ध्वाधर ऊपर की ओर प्रवाहित होने वाले खंडों को प्राथमिकता दें, ऊर्ध्वाधर नीचे की ओर प्रवाहित होने वाले खंडों से बचें। पर्याप्त सीधे पाइप की लंबाई सुनिश्चित करें, आमतौर पर धारा के ऊपर की ओर कम से कम 10 पाइप व्यास और धारा के नीचे की ओर 5 पाइप व्यास की आवश्यकता होती है। घुमावदार, वाल्व, पंप या अन्य फिटिंग के पास स्थापन से बचें जो प्रवाह में व्यवधान पैदा कर सकते हैं। स्थापन स्थल को मजबूत कंपन स्रोतों और विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप से दूर होना चाहिए, और मापन स्थिरता के लिए पर्यावरणीय तापमान में परिवर्तन पर भी विचार करना चाहिए।

2.1 पाइप सतह उपचार प्रक्रिया

पाइप की बाहरी सतह के उपचार की गुणवत्ता सीधे पराश्रव्य संकेत संचरण दक्षता को प्रभावित करती है। स्थापना से पहले, पाइप की सतह को जंग, ऑक्सीकरण परतों और पुरानी कोटिंग्स को हटाने के लिए अच्छी तरह से साफ किया जाना चाहिए। खुरदरी सतहों के लिए, पॉलिश करने के लिए फाइन सैंडपेपर की अनुशंसा की जाती है, जब तक कि एक चिकनी, सपाट संपर्क सतह प्राप्त न हो जाए। उपचारित सतह तेल, धूल या अन्य दूषित पदार्थों से मुक्त होनी चाहिए, और आवश्यकतानुसार विशेष सफाई एजेंटों का उपयोग किया जा सकता है। उपचार क्षेत्र ट्रांसड्यूसर संपर्क क्षेत्र के 2-3 गुना बड़ा होना चाहिए ताकि पर्याप्त स्थापना मार्जिन सुनिश्चित की जा सके।

2.2 परिशुद्ध ट्रांसड्यूसर स्थिति निर्धारण प्रौद्योगिकी

ट्रांसड्यूसर की स्थिति निर्धारण की सटीकता मापने के परिणामों के लिए निर्णायक होती है। ट्रांसड्यूसर के बीच की दूरी निर्माता के मैनुअल के अनुसार सख्ती से निर्धारित की जानी चाहिए, जिसमें सटीकता सुनिश्चित करने के लिए पेशेवर स्थिति निर्धारण फिक्सचर का उपयोग किया जाता है। दोनों ट्रांसड्यूसर की अक्षीय संरेखण पर विशेष ध्यान देना चाहिए, क्योंकि थोड़ी सी भी कोणीय विचलन संकेत क्षीणता का कारण बन सकती है। सही सापेक्षिक स्थिति सुनिश्चित करने के लिए लेजर संरेखण उपकरणों का उपयोग करने की सलाह दी जाती है। बड़े व्यास वाले पाइप के लिए, स्थापना की सटीकता के लिए पाइप की अण्डाकारता पर भी ध्यान देना चाहिए।

3.1 सिस्टम प्रदर्शन परीक्षण प्रक्रिया

स्थापना के बाद, व्यापक सिस्टम परीक्षण अनिवार्य है। सबसे पहले, अभिगृहीत संकेत की ताकत निर्माता द्वारा अनुशंसित मान के अनुरूप है यह सुनिश्चित करने के लिए संकेत ताकत परीक्षण करें। फिर पर्यावरणीय हस्तक्षेप को खत्म करने के लिए संकेत-शोर अनुपात की जांच करें। विभिन्न प्रवाह स्थितियों के तहत मापन स्थिरता सत्यापित करें, यह देखते हुए कि क्या संकेत तरंग रूप स्पष्ट और स्थिर है। प्रवाह परिवर्तनों के दौरान सिस्टम प्रतिक्रिया विशेषताओं पर विशेष ध्यान दें ताकि सुनिश्चित किया जा सके कि गतिशील मापन प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करता है। अंत में, लंबे समय तक स्थिरता परीक्षण करें, 24 घंटे से अधिक समय तक मापन डेटा की निरंतर निगरानी करें।

3.2 संचालन स्थिति पुष्टिकरण मानक

सिस्टम कमीशनिंग से पहले कई ऑपरेशनल जांच की आवश्यकता होती है। सबसे पहले, यह सुनिश्चित करें कि फुल-पाइप डिटेक्शन फंक्शन सही ढंग से काम कर रहा है, क्योंकि यह मापने की सटीकता के लिए मौलिक है। अगले चरण में, तापमान क्षतिपूर्ति फंक्शन का परीक्षण करें ताकि विभिन्न तापमानों के तहत मापने की स्थिरता का निरीक्षण किया जा सके। सिस्टम के स्व-निदान फंक्शन की जांच करें ताकि असामान्यताओं का समय पर पता लगाया जा सके और अलार्म सक्रिय हो। अंत में, भविष्य के रखरखाव और कैलिब्रेशन के लिए आधार रेखा मापन मान स्थापित करें।

4.1 उच्च तापमान पाइप इंस्टॉलेशन विनिर्देश

उच्च-तापमान वाले माध्यम पाइपों के लिए, विशेष इन्सुलेशन उपाय करना आवश्यक है। उच्च-तापमान कपलिंग एजेंट और थर्मल सुरक्षा कवर का उपयोग करने का सुझाव दिया जाता है। ट्रांसड्यूसर और उच्च-तापमान वाले पाइपों के बीच प्रभावी थर्मल इंसुलेशन परतों को स्थापित किया जाना चाहिए ताकि ऊष्मा संचालन से इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नुकसान न हो। मापने की सटीकता पर तापमान प्रवणता के प्रभावों पर भी ध्यान देना चाहिए, आवश्यकता पड़ने पर अतिरिक्त तापमान संतुलन सेंसर स्थापित करना।

4.2 कंपन वाले वातावरण के समाधान

उच्च कंपन वाले वातावरण में, प्रभावी कंपन अवशोषण उपाय लागू किए जाने चाहिए। ट्रांसड्यूसर को सुरक्षित करने के लिए विशेष कंपन-अवशोषक ब्रैकेट का उपयोग किया जा सकता है, या पाइप पर कंपन अवशोषक स्थापित किए जा सकते हैं। कंपन प्रतिरोध में बेहतर ट्रांसड्यूसर का चयन किया जाना चाहिए, और संगत रूप से सिग्नल फ़िल्टरिंग पैरामीटर को समायोजित किया जाना चाहिए। मापने की नमूना आवृत्ति में वृद्धि करके और डेटा का औसत लेकर ऐसे वातावरण में स्थिरता में सुधार किया जा सकता है।

5.1 नियमित रखरखाव आइटम

यांत्रिक स्थिरता, विद्युत कनेक्शन और सिग्नल गुणवत्ता मूल्यांकन सहित कम से कम मासिक आधार पर व्यापक प्रणाली जांच के लिए एक नियमित निरीक्षण प्रणाली स्थापित करें। कपलिंग एजेंट की स्थिति और सिग्नल शक्ति स्थिरता पर ध्यान केंद्रित करें। ट्रांसड्यूसर सतहों को साफ रखें और समय-समय पर पुराने कपलिंग एजेंट को बदलें। प्रणाली प्रदर्शन रुझानों को ट्रैक करने के लिए पूर्ण रखरखाव रिकॉर्ड बनाए रखें।

5.2 आवधिक कैलिब्रेशन मानक

संचालन वातावरण के आधार पर एक उचित कैलिब्रेशन चक्र विकसित करें, आमतौर पर प्रत्येक 12 महीनों में स्थल पर कैलिब्रेशन की सिफारिश करते हुए। कैलिब्रेशन के दौरान प्रमाणित मानक उपकरणों का उपयोग करें और मानक संचालन प्रक्रियाओं का पालन करें। कैलिब्रेशन डेटा को विस्तार से दर्ज करें और विश्लेषित करें, तुरंत किसी भी अनियमितता की जांच करें। महत्वपूर्ण माप बिंदुओं के लिए, कैलिब्रेशन चक्र को कम करें या ऑनलाइन कैलिब्रेशन लागू करें।

अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर का उपयोग विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से किया जाता है। चूंकि वे ध्वनि तरंगों का उपयोग करके प्रवाह को मापते हैं और गैर-आक्रामक होते हैं, इसलिए वे कई परिदृश्यों के लिए आदर्श हैं। अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर का उपयोग मुख्य रूप से तेल और गैस उद्योग में किया जाता है। इसके अतिरिक्त, रसायन, औषधि, खाद्य एवं पेय, धातु, खनन, लुगदी और कागज, और अपशिष्ट जल उपचार उद्योगों में भी इनका उपयोग किया जाता है।