Ультрадыбыстық шығын өлшегіштер: Өнеркәсіптік қолдануларға арналған толық нұсқаулық |

Ультрадыбыстық шығын өлшегіштер – қазіргі өнеркәсіптік шығын өлшеудің маңызды технологиясы ретінде өзінің ерекше жұмыс істеу принциптері мен үздік орындау сипаттамалары арқасында әртүрлі салаларда айтарлықтай артықшылықтарды көрсетеді. Бұл технология негізінен екі түрге бөлінеді: Доплерлік және уақыт өтуіне негізделген, әрқайсысы ағынды табу үшін әртүрлі физикалық принциптерге негізделген.

Доплерлік ағын өлшегіштер акустикалық Доплер эффектісін пайдаланады, сұйықтықтағы тұнба бөлшектері немесе көпіршіктері жағдайында ультрадыбыстық толқындардың жиілік ауытқуларын анықтау арқылы ағынды өлшейді. Бұл технология белгілі бір мөлшерде тұнба заттар немесе көпіршіктер бар орта үшін ыңғайлы және әсіресе өндірістік қолданыстарда, мысалы, өндірістік су артық суларды тазалау саласында өте тиімді. Ал уақыт өткізуінің ағын өлшегіштері ультрадыбыстық толқындардың таралу уақытының айырмашылығын пайдаланып, жоғары өлшеу дәлдігін қамтамасыз етеді және негізінен салыстырмалы түрде таза сұйық орталар үшін қолданылады.

Тазалау құбырларын автоматтандыру саласында ультрадыбыстық шығын өлшегіштер бірнеше техникалық артықшылықтарға ие. Олардың бейинвазиялық өлшеу әдісі құбырлардағы қысымның түсуін толығымен болдырмауға және дәстүрлі механикалық шығын өлшегіштермен салыстырғанда тозу мәселелерін жояды. Датчиктердің бейбайланыс сипаттамасы химиялық үйлесімділікті қамтамасыз етеді және жөндеу талаптарын айтарлықтай азайтады. Сонымен қатар, бұл технология өткізгіш сұйықтар мен әртүрлі су ерітінділеріне ыңғайлы.

Онда ультрадыбыстық шығын өлшегіштердің өзіндік шектеулері бар екенін атап өту қажет. Дистилденген су сияқты өте таза орта үшін акустикалық шағылдыру интерфейстерінің жетіспеуі өлшеу нәтижелеріне күшті әсер етуі мүмкін. Дәл солай, ішетін су сияқты өте жоғары гигиеналық талаптар қойылатын қолданбаларда олардың қолданысқа жарамдылығын мұқият бағалау қажет. Бұл қасиеттер технологияны өндірістік процесстердегі кір заттарды өлшеуге ғана емес, сонымен қатар жоғары тазалықты ортаны өлшеуге де ыңғайсыз етеді.

Тарихи пайда болу тұрғысынан ультрадыбыстық шығын өлшегіштердің технологиялық негізін XIX ғасырдың ортасындағы акустикалық зерттеулерге дейін жеткізуге болады. Доплер әсерінің ғылыми ашылуы кейінгі инженерлік қолданбалар үшін маңызды теориялық негіз болып табылады. Бұл физикалық құбылыс акустикалық жиілік ығысуының табиғатын түсіндірумен қатар заманауи шығын өлшеу технологиялары үшін инновациялық шешімдер ұсынады.

Ультрадыбыстық шығын өлшеуіштер қозғалыстағы ортада дыбыс толқындарының таралу сипаттамаларындағы өзгерістерге негізделген күрделі шығын өлшеу технологиясы ретінде жұмыс істейді. Өлшеу принципіне байланысты олар негізінен екі түрге бөлінеді: Доплерлік және уақыт өтуі бойынша өлшейтін түрлер.

Бұл түрдегі шығын өлшеуіш Доплер эффектісін пайдаланып шығынды өлшейді. Ультрадыбыстық сигнал қозғалыстағы ортадағы бөгде бөлшектер мен көпіршіктерге кездескенде, ол шағылысқан толқындар тудырады. Шағылыстырғыштар сұйықтықпен бірге қозғалғандықтан, шағылысқан толқындардың жиілігі өзгеріп, бұл құбылыс Доплер жылжып кетуі деп аталады. Бұл жылжу шамасы сұйықтық жылдамдығымен тікелей байланысты болғандықтан, жиіліктегі ығысу дәл өлшеніп, ағын жылдамдығын есептеуге болады. Өлшеудің тиімділігін қамтамасыз ету үшін ортада акустикалық шағылыстырғыш ретінде пайдаланылатын белгілі бір концентрациядағы бөгде бөлшектер болуы тиіс.

Уақыт өтуінің ағын өлшегіштері ағын жылдамдығын ағын бағытында және жоғары ағын бағытында ультрадыбыстық толқындардың таралу уақытын өлшеу арқылы анықтайды. Қозғалмайтын сұйықтықта екі бағыттағы таралу уақыты бірдей болады. Сұйықтық ағып жатқан кезде төмен ағын бағытындағы таралу уақыты қысқарады, ал жоғары ағын бағытындағы таралу уақыты ұзарады. Бұл уақыт айырмашылығын дәл өлшеп және оны құбыр желісінің геометриялық параметрлерімен үйлестіре отырып, орташа ағын жылдамдығын дәл есептеуге болады. Бұл әдіс әсіресе салыстырмалы түрде таза сұйық орта үшін қолайлы.

Типтік ультрадыбыстық ағын өлшегіш жүйесі мынадай негізгі компоненттерден тұрады:

Жұмыс істеу үдерісі төмендегідей: Сигналды өңдеу блогі трансдьюсерді басқару үшін жоғары жиілікті электрлік сигнал генерациялайды, ол электрлік сигналды ультрадыбыстық толқынға айналдырып, оны сұйыққа таратады. Қабылдағыш трансдьюсер отраженный немесе өткен ультрадыбыстық сигналды қайтадан электрлік сигналға айналдырады, оны өңдеу арқылы ағын жылдамдығы мен шығын есептеледі.

Шынайы қолдану кезінде төмендегі факторлар ескерілуі тиіс:

Технологияның дамуына байланысты заманауи ультрадыбыстық шығын өлшегіштер орта сипаттамаларына сәйкес автоматты түрде ең тиімді өлшеу режимін таңдайтын, өлшеу дәлдігі мен сенімділігін әрі қарай арттыратын бейімделуші гибридті өлшеу технологиясы сияқты одан да күрделірек өлшеу режимдерін дамытты.

Ультрадыбыстық шығын өлшеуіштер дыбыстық принциптерге негізделген, бұл құрылғы сұйықтардағы ультрадыбыстық толқындардың таралу сипаттамаларындағы өзгерістерді анықтау арқылы ағын жылдамдығын анықтайды. Құрылғы құбырдың сыртқы қабырғасына тікелей орнатуға болатын қысқышты конструкцияға ие, құбыр құрылымын бұзбай және ортамен тікелей әрекеттеспейді, сонымен қатар жоғары қысым мен жоғары температура сияқты қатты жағдайларда және коррозиялық сұйықтар үшін өте тиімді. Сонымен қатар, оның портативті конструкциясы өнеркәсіптік тексеру мен уақытша өлшеулер үшін жоғары икемділік ұсынады.

Ультрадыбыстық шығын өлшеуіштер негізінен екі түрге бөлінеді: Доплерлік және уақыт өтуімен өлшейтін, әрқайсысы ағынды өлшеу үшін әртүрлі физикалық механизмдерге негізделген:

Ультрадыбыстық шығын өлшегіштердің дәстүрлі механикалық шығын өлшегіштерге қарағанда қысым жоғалтуы жоқ, күйіп тозбауы және бейімделу қабілеттілігінің жоғары болуы сияқты артықшылықтары бар, олар әсіресе өндірістік қалдық суларды тазалау, химия және энергетика салаларында пайдалануға ыңғайлы. Алайда, олардың өлшеу дәлдігі ортаның сипаттамаларымен айтарлықтай әсер етіледі, сондықтан таңдау кезінде сұйықтың қасиеттері, құбыр жүйесінің жағдайы және нақты қолдану талаптары сияқты факторларды жан-жақты қарастыру қажет, өлшеу дәлдігін қамтамасыз ету үшін.

Ультрадыбыстық шығын өлшегіштер төмен қысым шығыны мен аз техникалық қызмет көрсету талап етілетін қолданулар үшін де ыңғайлы. Доплерлік ультрадыбыстық шығын өлшегіштер – аэрацияланған сұйықтар, мысалы, қалдық сулар немесе шламдар үшін көлемдік шығын өлшегіштер болып табылады. Ал уақыттың өтуіне қарай ультрадыбыстық шығын өлшегіштер таза сұйықтарға, мысалы, суға немесе майға арналған.

Үш негізгі ультрадыбыстық шығын өлшегіш түрлері бар. Шығыс түрі (аналогты немесе сандық), құбыр өлшемі, ең төменгі және ең жоғары технологиялық температура, қысым мен шығын шамасы сияқты факторлар сіздің қолданыңызға ең сәйкес ультрадыбыстық шығын өлшегішті таңдауға әсер етеді.

Қыспақты ультрадыбыстық шығын өлшегіштер бір сенсорлы және екі сенсорлы нұсқаларда келеді. Бір сенсорлы нұсқада жіберу және қабылдау кристалдары құбыр бетінің бір нүктесіне бекітілген сенсор корпусында орналасады. Сенсорды құбырға акустикалық түрде жалғау үшін қосылу қоспасы қолданылады. Екі сенсорлы нұсқада жіберу кристалы бір сенсор корпусында, ал қабылдау кристалы екіншісінде болады. Қыспақты Доплер шығын өлшегіштер құбыр қабырғасының өзі мен сенсор мен құбыр қабырғасы арасындағы ауа саңылауларынан туындайтын кедергіге сезімтал. Егер құбыр қабырғасы нержавейка болаттан жасалған болса, ол жіберілген сигналды қайта жұмыс істеу үшін жеткілікті қашықтыққа жеткізе алады, соның нәтижесінде кері эхода ауытқу пайда болып, оқу нәтижесіне кедергі келтіреді. Мыс құбырларда, бетондалған, пластмассалық қабырғалы, шыныпластикалық құбырларда дыбыстық үзілістер де болады. Бұл үзілістер жіберілген сигналды шашыратуы немесе қайта қабылдау сигналын зәулімдеуі мүмкін, соның арқасында шығын өлшегіштің дәлдігі айтарлықтай төмендейді (жиі ±20%-ке дейін). Көп жағдайда құбыр қабырғасы қапталған болса, қыспақты шығын өлшегіштер мүлдем жұмыс істемейді.

1.1 Құбыр жүйесін бағалау және растау

Орнату алдында құбыр материалдары акустикалық тарату үшін қажетті талаптарға сәйкес келетіндігін анықтау мақсатында маңызды құбыр жүйесін толық бағалау жүргізу керек. Көміртегілі болат пен нержавеющий болат сияқты металдық құбырлар әдетте акустикалық тарату қасиеттеріне ие болады, ал металл емес құбырлар немесе арнайы материалдармен көмкерілген құбырлар қосымша тексеру талап етеді. Сондай-ақ құбыр көмкерілуінің жағдайын мұқият тексеру керек, өйткені кейбір көмкеру материалдары (мысалы, каучук немесе полиуретан) ультрадыбыстық сигналды тарату тиімділігіне әлдеқайда әсер етуі мүмкін. Сонымен қатар, құбыр ішкі диаметрі өлшеуіштің техникалық сипаттамаларымен дәл сәйкес келуі тиіс, өйткені кез келген ауытқу өлшеу қателеріне әкелуі мүмкін.

1.2 Орнату орнын таңдау критерийлері

Өлшеу дәлдігін қамтамасыз ету үшін орнату орнын дұрыс таңдау маңызды. Үстемдік горизонталь түтік және тік жоғары ағынды бөлімдерге берілуі тиіс, тік төмен ағынды бөлімдерден құтылу керек. Түтіктің жеткілікті түзу бөліктерін қамтамасыз ету керек, әдетте түтіктің диаметрінен кем дегенде 10 есе ұзындықпен жоғары ағын және 5 есе төмен ағын. Ағын бұзылуына әкеліп соғуы мүмкін құбыр иілулері, вентильдер, сорғыштар немесе басқа да қосылыстардың жанында орнатудан құтылу керек. Орнату орны күшті тербеліс көздері мен электромагниттік кедергілерден алыс болуы тиіс, ал өлшеу тұрақтылығы үшін орта температурасының өзгеруін қарастыру керек.

2.1 Құбыр бетін дайындау процесі

Түтіктің сыртқы бетін өңдеу сапасы ультрадыбыстық сигналды тарату әсерпеніне тікелей әсер етеді. Орнату алдында түтік бетін түбегейлі тазалау қажет – оның бетінен тат, тотығу қабаты және ескі қаптаманы алыңыз. Беті тозаңдату үшін құм қағазын пайдаланып, оны тегіс және жазық бетке дейін өңдеу ұсынылады. Өңделген бет мұнай, шаң және басқа да ластанулардан таза болуы тиіс, қажет болса, арнайы тазалау құралдарын пайдалануға болады. Трансдьюсердің тиесіліс аумағынан 2-3 есе үлкен аумақты өңдеу керек, бұл орнату кезінде шектеу шегін қамтамасыз етеді.

2.2 Дәл трансдьюсер орналасуының технологиясы

Трансдьюсердің орналасу дәлдігі өлшеу нәтижелері үшін шешуші маңызы бар. Трансдьюсерлер арасындағы қашықтық өндірушінің нұсқаулығына сәйкес дәл анықталуы тиіс, дәлдікті қамтамасыз ету үшін кәсіби орналасу құрылғыларын пайдалану керек. Екі трансдьюсердің осьтік реттеуіне ерекше назар аудару керек, себебі тіпті кішігірім бұрыштық ауытқулар да сигналдың басылуына әкеліп соғуы мүмкін. Қатты орналасу үшін лазерлік реттеу құралдарын пайдалану ұсынылады. Үлкен диаметрлі құбырлар үшін орнату дәлдігін ескеру қажет болады.

3.1 Жүйенің өнімділік сынақ жүргізу рәсімі

Орнатуды аяқтағаннан кейін жүйені жан-жақты тексеру міндетті. Алдымен қабылданған сигнал өндірушінің ұсынған мәніне сәйкес келетінін бекіту үшін сигнал күшін тексеріңіз. Содан кейін орта кедергісін жоятын сигнал/дәуір қатынасын тексеріңіз. Әртүрлі ағын жағдайларында өлшеу тұрақтылығын тексеріңіз, сигналдық толқын пішінінің анық және тұрақты екенін бақылаңыз. Ағын өзгерістері кезінде жүйенің реакция сипаттамаларына ерекше назар аударыңыз, динамикалық өлшеу мүмкіндігі талаптарға сай келетінін қамтамасыз етіңіз. Соңында, 24 сағаттан астам өлшеу деректерін үздіксіз бақылау арқылы ұзақ мерзімді тұрақтылық тестін жүргізіңіз.

3.2 Жұмыс істеу күйін растау стандарттары

Жүйені іске қосу үшін бірнеше операциялық тексерулер қажет. Алдымен өлшеу дәлдігі үшін негіз болып табылатын толық арналық табу функциясының дұрыс жұмыс істейтінін тексеріңіз. Келесі кезекте, температура компенсациясының функциясын тексеріңіз, өйткені ол әртүрлі температурада өлшеу тұрақтылығын бақылау үшін қажет. Ақауларды уақытылы табу мен хабарлау үшін жүйенің өзін-өзі тексеру функциясын тексеріңіз. Соңында болашақ жөндеу және баптау үшін өлшеу негізгі мәндерін орнатыңыз.

4.1 Жоғары температурадағы құбыр қондыру ережелері

Жоғары температура ортасындағы арнаулы құбырлар үшін арнайы жылу оқшаулау шаралары қабылдау керек. Жоғары температура куплау агенттері мен жылу оқшаулау қаптамаларын пайдалану ұсынылады. Трансдьюсерлер мен жоғары температура құбырларының арасында тиімді жылу оқшаулау қабатын орнату керек, бұл электронды компоненттердің қызуынан сақтайды. Өлшеу дәлдігіне температура градиентінің әсерін де ескеру керек, қажет болса, қосымша температура компенсациясы датчиктерін орнату керек.

4.2 Тербеліс ортасына шешімдер

Жоғары тербеліс ортасында тиімді тербеліс жоятын шаралар қолданылуы керек. Трансдьюсерлерді бекіту үшін арнайы тербеліс жоятын құрылғылар пайдалануға болады немесе құбырға тербеліс жоятын құрылғыларды орнатуға болады. Тербеліске төзімдірек трансдьюсерлерді таңдау керек және сәйкесінше сигнал фильтрлеу параметрлерін реттеу керек. Өлшеу үлгілерінің жиілігін арттыру мен деректерді орташалау арқылы мұндай ортада тұрақтылықты арттыруға болады.

5.1 Күнделікті техникалық қызмет көрсету бөлімдері

Аспаптардың жұмыс істеу қабілетін қамтамасыз ету үшін куплау агентінің жағдайы мен сигнал күшінің тұрақтылығына назар аудару арқылы ретті тексеру жүйесін құрыңыз. Механикалық бекіту, электрлік қосылыстар мен сигнал сапасын бағалауды қамтитын жүйені ай сайын толық тексеріңіз. Трансдьюсер бетін таза ұстаңыз және куплау агенттерін уақытылы ауыстырыңыз. Жүйенің өнімділік көрсеткіштерін бақылау үшін толық техникалық қызмет көрсету журналын жүргізіңіз.

5.2 Кезеңдік калибрлеу стандарттары

Ортаның жұмыс істеу шарттарына сәйкес калибрлеу циклін әзірлеңіз, әдетте әр 12 ай сайын калибрлеуді ұсынады. Калибрлеу кезінде сертификатталған стандартты аспаптарды пайдаланыңыз және жұмыс істеу процедураларын орындаңыз. Калибрлеу деректерін қатесіз жазып, талдаңыз, егер аномалиялар пайда болса, оларды түзету үшін шешім қабылдаңыз. Маңызды өлшеу нүктелері үшін калибрлеу циклін қысқартыңыз немесе онлайн калибрлеуді енгізіңіз.

Ультрадыбыстық шығын өлшегіштер әртүрлі өнеркәсіптік қолданбаларда кеңінен қолданылады. Олар ағынды дыбыс толқындарын қолданып өлшейтін және инвазивті емес болғандықтан, көптеген жағдайлар үшін идеалды таңдау болып табылады. Ультрадыбыстық шығын өлшегіштер негізінен мұнай және газ өнеркәсібінде қолданылады. Сонымен қатар, олар химиялық, фармацевтикалық, тағам және ішімдік, металл, қазба, қағаз-әзіл өндірісі және тұрмыстық су арттыру өндірістерінде қолданылады.