EN
Ziņas
Ultraskaņas plūsmas mērītāji: Pilnīgs ceļvedis industriālajām lietojumprogrammām
Time : 2025-08-10
Ultraskaņas plūsmas mērītāji, kā svarīga tehnoloģija mūsdienu industriālajos plūsmas mērījumos, dažādās jomās demonstrē ievērojamas priekšrocības pateicoties saviem unikālajiem darbības principiem un izcilajām veiktspējas īpašībām. Šī tehnoloģija galvenokārt tiek iedalīta divās kategorijās: Doplera un laika-of-flight (laika starpības), no kurām katra balstās uz dažādiem fizikālajiem principiem plūsmas noteikšanai.
Doplera plūsmas mērītāji izmanto akustiskā Doplera efektu, mērot plūsmu, atklājot frekvences nobīdi ultraskaņas viļņos, kas atstaroti no šķidrumā suspendētiem pilieniņiem vai burbulīšiem. Šī tehnoloģija ir īpaši piemērota vidēm, kas satur noteiktu daudzumu suspendētu cietvielu vai burbulīšu, tādējādi to padarot īpaši efektīvu industriālās lietojumprogrammās, piemēram, notekūdeņu attīrīšanā. Savukārt laika izplatīšanās plūsmas mērītāji izmanto laika starpību ultraskaņas viļņu izplatīšanā, nodrošinot augstāku mērījumu precizitāti un galvenokārt tiek izmantoti salīdzinoši tīrām šķidrām vielām.
Notekūdeņu attīrīšanas automatizācijas jomā ultraskaņas plūsmas mērītājiem ir vairākas tehniskas priekšrocības. To nesaskarošās mērīšanas metode pilnībā izvairās no spiediena zudumiem cauruļvados un novērš nodiluma problēmas, kas raksturīgas tradicionāliem mehāniskiem plūsmas mērītājiem. Sensoru bezkontakta daba nodrošina ķīmisko saderību, vienlaikus ievērojami samazinot apkopes prasības. Turklāt šī tehnoloģija ir piemērota elektrovadošām šķidrām vielām un dažādiem ūdenī bāzētiem šķīdumiem.
Jāņem vērā, ka ultraskaņas plūsmas mērītājiem ir arī konkrētas ierobežojumi. Ultra tīriem medijiem, piemēram, destilētam ūdenim, trūkst pietiekamu akustisko atstarojuma saskarni, kas var ievērojami ietekmēt mērījumu veiktspēju. Līdzīgi, lietojumos ar ļoti augstām higiēnas prasībām, piemēram, dzeramajam ūdenim, ir nepieciešama rūpīga to piemērotības novērtēšana. Šīs īpašības padara šo tehnoloģiju piemērotāku netīru šķidrumu mērīšanai industriālos procesos, nevis augstas tīrības medijiem.
No vēsturiska skatu punkta ultraskaņas plūsmas mērītāju tehnoloģiskā bāze attiecas uz akustiskiem pētījumiem vidējā 19. gadsimtā. Doplera efekta zinātniskais atklājums nodrošināja svarīgu teorētisko pamatu turpmākajām inženierzinātnēm. Šis fizikālais fenomens ne tikai izskaidro akustisko frekvences nobīdes būtību, bet arī nodrošina inovatīvas risinājumus modernām plūsmas mērīšanas tehnoloģijām.
Detalizēts ultraskaņas plūsmas mērītāju darbības principu skaidrojums
Ultraskaņas plūsmas mērītāji, kā moderna plūsmas mērīšanas tehnoloģija, darbojas, pamatojoties uz skaņu viļņu izplatīšanās īpašību izmaiņām plūstošā vidē. Atkarībā no mērīšanas principa, tie galvenokārt iedalās divās tipās: Doplera un laika-of-flight.
Doplera ultraskaņas plūsmas mērītāju darbības princips:
Laika ultraskaņas plūsmas mērītāju darbības princips:
Laika plūsmas mērītāji nosaka plūsmas ātrumu, mērot ultraskaņas viļņu izplatīšanās laika starpību lejup un augšup pa straumi. Ja šķidrums ir nekustīgs, izplatīšanās laiks abās virzienos ir vienāds. Kad šķidrums plūst, lejupplūsmas izplatīšanās laiks saīsinās, bet augšupplūsmas izplatīšanās laiks pagarina. Precīzi mērot šo laika starpību un kombinējot to ar cauruļvada ģeometriskiem parametriem, var precīzi aprēķināt vidējo plūsmas ātrumu. Šī metode ir īpaši piemērota salīdzinoši tīriem šķidrumiem.
Sistēmas komponenti un darbības kārtība:
Tipiskai ultraskaņas plūsmas mērītāju sistēmai sastāv no šādām galvenajām sastāvdaļām:
- Signālu apstrādes vienība: Ietver augstas frekvences oscilatorus un signālu apstrādes ķēdes.
- Sensoru komplekts: Parasti izstrādāts kā uzspiedes tips.
- Aprēķinu un displeja vienība: Izmantota datu apstrādei un rezultātu attēlošanai.
Darbības kārtība ir šāda: Signālu apstrādes vienība ģenerē augstas frekvences elektrisko signālu, lai darbinātu pārveidotāju, kas pārveido elektrisko signālu par ultraskaņas viļņiem un nosūta tos šķidrumā. Saņemošais pārveidotājs pārveido atstaroto vai pārsūtīto ultraskaņas signālu atpakaļ par elektrisku signālu, kas pēc tam tiek apstrādāts, lai aprēķinātu plūsmas ātrumu un plūsmas ātrumu.
Tehniskās īpašības un priekšrocības:
- Neninvazīvs mērījums: Nav nepieciešams traucēt cauruļvada struktūru.
- Nav spiediena zuduma: Neietekmē sistēmas darbības apstākļus.
- Platā pielietojamība: Var mērīt dažādus šķidruma vidus.
- Viegla apkope: Nav kustīgu daļu, nodrošinot augstu uzticamību.
Lietošanas apsvērumi:
Praktiskos pielietojumos jāņem vērā šādi faktori:
- Vidus īpašības: Ietverot duļķainību un viendabīgumu.
- Cauruļvada apstākļi: Materiāls, izmērs un apvalka stāvoklis.
- Instalācijas prasības: Nodrošiniet labu akustisko saikni.
- Vides traucējumi: Izvairieties no vibrācijām un elektromagnētiskiem traucējumiem.
Ar tehnoloģiskajiem sasniegumiem moderni ultraskaņas plūsmas mērītāji ir izstrādājuši sarežģītākas mērīšanas metodes, piemēram, adaptīvu hibrīda mērīšanas tehnoloģiju, kas automātiski izvēlas optimālo mērīšanas režīmu atkarībā no vides īpašībām, tādējādi uzlabojot mērījumu precizitāti un uzticamību.
Ultraskaņas plūsmas mērītāju darbības princips
Ultraskaņas plūsmas mērītāji ir nesaskares plūsmas mērīšanas tehnoloģija, kas balstīta uz akustiskajiem principiem, nosakot plūsmas ātrumu, analizējot izmaiņas ultraskaņas viļņu izplatīšanās raksturlielumos šķidrumos. Ierīcei ir uzlikas dizains, ko var uzstādīt tieši uz cauruļvada ārējās sienas, nesabojājot cauruļvada struktūru vai nesaskaroties ar vidi, tādējādi to īpaši piemērojot korozijas šķidrumiem vai grūtiem apstākļiem, piemēram, augstam spiedienam un temperatūrai. Turklāt tā pārnēsājamais dizains nodrošina lielu elastību industriālajām pārbaudēm un pagaidu mērījumiem.
Ultraskaņas plūsmas mērītāji galvenokārt tiek iedalīti divās kategorijās – Doplera un laika nobīdes tipa, no kuriem katram ir atšķirīgi fizikāli mehānismi plūsmas mērīšanai:
- Doplera ultraskaņas plūsmas mērītāji: Balstās uz ultraskaņas viļņu atstarojumu, ko izraisa šķidrumā suspendēti pilieni vai burbulīši. Kad ultraskaņas signāls tiek nosūtīts cauruļvadā, plūstošās vides pārtraukumi (piemēram, cietās daļiņas vai gaisa burbulīši) izkliedē skaņas viļņus, izraisot frekvences nobīdi (Doplera nobīdi). Šī nobīde ir proporcionāla šķidruma plūsmas ātrumam, tādējādi plūsmas ātrumu var aprēķināt, analizējot atstarotā signāla frekvences izmaiņas. Ir svarīgi atzīmēt, ka šāda veida plūsmas mērītājiem ir nepieciešams, lai vide būtu noteiktā mērā duļķaina vai saturētu gāzi, lai nodrošinātu pietiekamu akustisko atstarojumu. Turklāt plūsmas ātrums ir jāsaglabā noteiktā diapazonā, lai novērstu daļiņu nogulsnēšanos, kas ietekmētu mērījumu precizitāti.
- Laika-of-Flight Ultrasoniskās Plūsmas Mērītāji: Aprēķina plūsmas ātrumu, mērot ultraskaņas viļņu izplatīšanās laika starpību lejup un augšup pa straumi. Tā kā šķidruma plūsma ietekmē skaņas viļņu izplatīšanās ātrumu, lejupplūsmas izplatīšanās laiks ir īsāks, bet augšupplūsmas izplatīšanās laiks ir garāks. Precīzi mērot šo laika starpību, var noteikt šķidruma vidējo plūsmas ātrumu. Šo metodi piemēro attiecīgi tīriem šķidrumiem, piemēram, ķīmiskiem šķīdinātājiem vai zema duļķainuma ūdenim, taču tai nepieciešama augsta vide čistība. Pārāk daudz piemaisījumu vai burbulīšu šķidrumā var traucēt mērījumu rezultātiem.
Salīdzinot ar tradicionālajiem mehāniskajiem plūsmas mērītājiem, ultraskaņas plūsmas mērītājiem ir priekšrocības, piemēram, nav spiediena zuduma, nav nodiluma un liela pielāgošanās spēja, kas tos padara īpaši piemērotus rūpniecībai, piemēram, notekūdeņu attīrīšanai, ķīmiskajai rūpniecībai un enerģētikai. Tomēr to mērījumu precizitāti ievērojami ietekmē vidējās īpašības, tāpēc izvēloties jāņem vērā šādi faktori kā šķidruma īpašības, cauruļvadu stāvoklis un faktiskās lietošanas prasības, lai nodrošinātu optimālu mērījumu veiktspēju.
Izvēlieties pareizo ultraskaņas plūsmas mērītāju
Ultraskaņas plūsmas mērītāji ir arī lieliski piemēroti lietojumiem, kuros nepieciešams zems spiediena kritums un minimāla apkope. Doplera ultraskaņas plūsmas mērītāji ir tilpuma plūsmas mērītāji, kas piemēroti gaisotiem šķidrumiem, piemēram, notekūdeņiem vai dūņām. Laika izplatīšanās ultraskaņas plūsmas mērītāji savukārt ir ideāli piemēroti tīriem šķidrumiem, piemēram, ūdenim vai eļļai.
Ultraskaņas plūsmas mērītājiem ir trīs galvenie veidi. Faktori, piemēram, izvades veids (analogais vai digitālais), cauruļvada izmērs, minimālā un maksimālā procesa temperatūra, spiediens un plūsmas ātrums ietekmēs, kurš ultraskaņas plūsmas mērītājs vislabāk atbilst jūsu lietojumprogrammai.
Ultraskaņas konstrukcijas izmaiņas
Uzspiedejošie ultraskaņas plūsmas mērītāji ir pieejami viensensora un divsensora versijās. Viensensora versijā raidīšanas un saņemšanas kristāli atrodas vienā sensora korpusā, kas piestiprināts pie caurules virsmas vienā punktā. Sensora un caurules savienošanai akustiski tiek izmantots saistviela. Divsensora versijā raidīšanas kristāls atrodas vienā sensora korpusā, bet saņemšanas kristāls — otrā. Uzspiedejošie Doplera efekta plūsmas mērītāji ir jutīgi pret traucējumiem no pašas caurules sienas un gaisa spraugām starp sensoru un caurules sienu. Ja caurules siena ir izgatavota no nerūsējošā tērauda, tā var pārraidīt signālu pietiekami tālu, lai izraisītu nobīdi atgriežamajā eho, traucējot mērījumus. Iebūvēti akustiski pārtraukumi pastāv arī vara caurulēs, betonētās, plastmasas apvalkā, stiklplasta pastiprinātās caurulēs. Šie pārtraukumi var izkliedēt raidīto signālu vai samazināt atgriežamā signāla stiprumu, ievērojami samazinot plūsmas mērītāja precizitāti (bieži līdz ±20%). Lielākajā daļā gadījumu, ja caurule ir apvalkā, uzspiedejošie plūsmas mērītāji var nedarboties vispār.
Ultraskaņas plūsmas mērītāja uzstādīšanas tehniskie parametri
1. Sagatavošanās pirms uzstādīšanas
1.1 Cauruļvadu sistēmas novērtēšana un apstiprināšana
Pirms uzstādīšanas ir jāveic visaptveroša cauruļvada sistēmas novērtēšana, pievēršot uzmanību tam, vai caurules materiāls atbilst akustiskās pārraides pamatprasībām. Parasti metāla caurules, piemēram, no oglekļa tērauda vai nerūsējošā tērauda, labi pārraida skaņu, savukārt ne-metāla caurules vai caurules ar īpašiem pārklājumiem prasa papildu pārbaudi. Ir rūpīgi jāpārbauda arī cauruļu iekšējais pārklājums, jo noteikti pārklājuši materiāli (piemēram, gumija vai poliuretāns) var būtiski ietekmēt ultraskaņas signāla pārraides efektivitāti. Turklāt cauruļu iekšējai diametram jāatbilst plūsmas mērītāja specifikācijām, jo novirzes var izraisīt mērījumu kļūdas.
1.2 Uzstādīšanas vietas izvēles kritēriji
Izvēloties ideālu uzstādīšanas vietu, ir kritiski svarīgi nodrošināt mērījumu precizitāti. Jādod priekšroka horizontālām cauruļvadu sekcijām vai vertikālām augšupvērstām sekcijām, izvairoties no vertikālām lejupvērstām sekcijām. Jānodrošina pietiekama taisnās caurules garuma klātbūtne, parasti prasot vismaz 10 caurules diametrus pirms sensora un 5 caurules diametrus aiz sensora. Jāizvairās no uzstādīšanas tuvumā līkumiem, vārstiem, sūkņiem vai citiem veidgabaliem, kas var izraisīt plūsmas traucējumus. Uzstādīšanas vietai arī jāatrodas prom no stipriem vibrāciju avotiem un elektromagnētiskās ietekmes zonām, kā arī jāņem vērā apkārtējās vides temperatūras svārstības mērījumu stabilitātes nodrošināšanai.
2. Galvenie tehniskie uzstādīšanas aspekti
2.1 Cauruļu virsmas apstrādes process
Cauruļvada ārējās virsmas apstrādes kvalitāte tieši ietekmē ultraskaņas signāla pārraides efektivitāti. Pirms uzstādīšanas cauruļvada virsmu rūpīgi jānotīra no rūsas, oksidēšanās slāņiem un vecajiem pārklājumiem. Raupjām virsmām ieteicams izmantot smalku šmirgļpapīru, lai noslīpētu virsmu, līdz tiek sasniegta gluda, līdzena pieskāriena virsma. Apstrādātajai virsmai jābūt brīvai no eļļas, putekļiem vai citiem piesārņotājiem, un, ja nepieciešams, var izmantot speciālus tīrīšanas līdzekļus. Apstrādes zona jābūt 2–3 reizes lielākai nekā sensora pieskāriena zona, lai nodrošinātu pietiekamu uzstādīšanas rezervi.
2.2 Precīzas sensora pozicionēšanas tehnoloģija
Trandusera novietojuma precizitāte ir izšķiroša izmērījumu rezultātiem. Attālums starp tranduseriem stingri jānosaka saskaņā ar ražotāja rokasgrāmatu, izmantojot profesionālus novietojuma fiksatorus, lai nodrošinātu precizitāti. Īpaša uzmanība jāpievērš abu tranduseru aksiālajai izvietojumam, jo pat nelielas leņķiskas novirzes var izraisīt signāla vājināšanos. Ieteicams izmantot lāzera izlīdzināšanas rīkus, lai nodrošinātu perfektu relatīvo novietojumu. Lielāka diametra caurulēm jāņem vērā arī caurules ovālums uzstādīšanas precizitātei.
3. Pēc uzstādīšanas pārbaude un iestatīšana
3.1 Sistēmas veiktspējas pārbaudes procedūra
Pēc uzstādīšanas ir obligāti jāveic visaptveroša sistēmas pārbaude. Vispirms veiciet signāla stipruma pārbaudi, lai pārliecinātos, ka saņemtais signāls atbilst ražotāja ieteiktajai vērtībai. Tad pārbaudiet signāla un trokšņa attiecību, lai izslēgtu vides traucējumus. Pārbaudiet mērījumu stabilitāti dažādos plūsmas apstākļos, novērojot, vai signāla vilnis ir skaidrs un stabils. Īpašu uzmanību pievērsiet sistēmas reakcijas īpašībām plūsmas izmaiņu laikā, lai dinamiskie mērījumi atbilstu prasībām. Visbeidzot, veiciet ilgtermiņa stabilitātes pārbaudes, nepārtraukti monitorējot mērījumu datus vairāk nekā 24 stundas.
3.2 Ekspluatācijas statusa apstiprināšanas standarti
Pirms sistēmas uzsākšanas ir jāveic vairākas ekspluatācijas pārbaudes. Pirmkārt, pārbaudiet, vai cauruļvada detektēšanas funkcija darbojas pareizi, jo tā ir pamats mērījumu precizitātei. Tālāk pārbaudiet temperatūras kompensācijas funkciju, lai novērotu mērījumu stabilitāti mainīgās temperatūras apstākļos. Pārbaudiet sistēmas pašdiagnostikas funkciju, lai nodrošinātu laicīgu noviržu konstatēšanu un brīdinājumu. Visbeidzot, noteikt bāzes mērījumu vērtības nākamajai apkopei un kalibrēšanai.
4. Īpašu apstākļu risinājumi
4.1 Augstas temperatūras cauruļu uzstādīšanas specifikācija
Augstas temperatūras vides cauruļiem jāveic īpaši izolācijas pasākumi. Ieteicams izmantot augstas temperatūras koplinga aģentus un termoizolācijas pārklājumus. Starp sensoriem un augstas temperatūras cauruļu sistēmām jābūt efektīvai siltumizolācijas kārtai, lai novērstu siltuma vadīšanu un elektronisko komponentu bojājumus. Arī jāņem vērā temperatūras gradienta ietekme uz mērījumu precizitāti, vajadzības gadījumā izmantojot papildu temperatūras kompensācijas sensorus.
4.2 Vibrāciju vides risinājumi
Augstas vibrācijas vidē jāveic efektīvi vibrāciju slāpēšanas pasākumi. Sensorus var nostiprināt, izmantojot īpašus vibrāciju slāpētāja kronšteinus, vai uzstādīt vibrāciju slāpētājus uz caurulēm. Ir jāizvēlas sensori ar labāku vibrāciju izturību un attiecīgi jāpielāgo signāla filtrēšanas parametri. Mērījumu stabilitātes uzlabošanai šādā vidē var palielināt mērījumu izlases biežumu un izmantot datu vidējo vērtību.
5. Tehniskās apkopes prasības
5.1 Rutīnas apkopes priekšmeti
Ievadiet regulāras inspekcijas sistēmu, koncentrējoties uz saistītāja stāvokļa un signāla stipruma stabilitāti. Veiciet visaptverošu sistēmas pārbaudi vismaz reizi mēnesī, tostarp mehānisko fiksāciju, elektriskos savienojumus un signāla kvalitātes novērtējumu. Turiet sensoru virsmas tīras un periodiski nomainiet novecojušos saistītājus. Saglabājiet pilnas apkopes ierakstus, lai sekotu sistēmas veiktspējas tendencēm.
5.2 Periodiskā kalibrācijas standarti
Izstrādājiet pamatotu kalibrācijas ciklu, pamatojoties uz ekspluatācijas vidi, parasti ieteicot kalibrēšanu uz vietas reizi 12 mēnešos. Kalibrēšanas laikā izmantojiet sertificētus standarta ierīces un ievērojiet standarta darbības procedūras. Sīki ierakstiet un analizējiet kalibrācijas datus, nekavējoties izmeklējot jebkādas novirzes. Svarīgiem mērīšanas punktiem saīsiniet kalibrācijas ciklu vai ieviešiet tiešsaistes kalibrāciju.
Ultraskaņas plūsmas mērītāju rūpnieciskās lietošanas jomas
Ultraskaņas plūsmas mērītāji tiek plaši izmantoti dažādās industriālās lietojumprogrammās. Tā kā tie mēra plūsmu, izmantojot skaņas viļņus, un ir nesaspīlējoši, tie ir ideāli piemēroti daudzām situācijām. Ultraskaņas plūsmas mērītāji galvenokārt tiek izmantoti naftas un gāzes rūpniecībā. Turklāt tiek izmantoti ķīmiskās, farmācijas, pārtikas un dzērienu, metālu, kalnrūpniecības, masļu un papīra, kā arī notekūdeņu attīrīšanas nozarēs.
Ultraskaņas plūsmas mērītāji, kā svarīga tehnoloģija mūsdienu industriālajos plūsmas mērījumos, dažādās jomās demonstrē ievērojamas priekšrocības pateicoties saviem unikālajiem darbības principiem un izcilajām veiktspējas īpašībām. Šī tehnoloģija galvenokārt tiek iedalīta divās kategorijās: Doplera un laika-of-flight (laika starpības), no kurām katra balstās uz dažādiem fizikālajiem principiem plūsmas noteikšanai.
Doplera plūsmas mērītāji izmanto akustiskā Doplera efektu, mērot plūsmu, atklājot frekvences nobīdi ultraskaņas viļņos, kas atstaroti no šķidrumā suspendētiem pilieniņiem vai burbulīšiem. Šī tehnoloģija ir īpaši piemērota vidēm, kas satur noteiktu daudzumu suspendētu cietvielu vai burbulīšu, tādējādi to padarot īpaši efektīvu industriālās lietojumprogrammās, piemēram, notekūdeņu attīrīšanā. Savukārt laika izplatīšanās plūsmas mērītāji izmanto laika starpību ultraskaņas viļņu izplatīšanā, nodrošinot augstāku mērījumu precizitāti un galvenokārt tiek izmantoti salīdzinoši tīrām šķidrām vielām.
Notekūdeņu attīrīšanas automatizācijas jomā ultraskaņas plūsmas mērītājiem ir vairākas tehniskas priekšrocības. To nesaskarošās mērīšanas metode pilnībā izvairās no spiediena zudumiem cauruļvados un novērš nodiluma problēmas, kas raksturīgas tradicionāliem mehāniskiem plūsmas mērītājiem. Sensoru bezkontakta daba nodrošina ķīmisko saderību, vienlaikus ievērojami samazinot apkopes prasības. Turklāt šī tehnoloģija ir piemērota elektrovadošām šķidrām vielām un dažādiem ūdenī bāzētiem šķīdumiem.
Jāņem vērā, ka ultraskaņas plūsmas mērītājiem ir arī konkrētas ierobežojumi. Ultra tīriem medijiem, piemēram, destilētam ūdenim, trūkst pietiekamu akustisko atstarojuma saskarni, kas var ievērojami ietekmēt mērījumu veiktspēju. Līdzīgi, lietojumos ar ļoti augstām higiēnas prasībām, piemēram, dzeramajam ūdenim, ir nepieciešama rūpīga to piemērotības novērtēšana. Šīs īpašības padara šo tehnoloģiju piemērotāku netīru šķidrumu mērīšanai industriālos procesos, nevis augstas tīrības medijiem.
No vēsturiska skatu punkta ultraskaņas plūsmas mērītāju tehnoloģiskā bāze attiecas uz akustiskiem pētījumiem vidējā 19. gadsimtā. Doplera efekta zinātniskais atklājums nodrošināja svarīgu teorētisko pamatu turpmākajām inženierzinātnēm. Šis fizikālais fenomens ne tikai izskaidro akustisko frekvences nobīdes būtību, bet arī nodrošina inovatīvas risinājumus modernām plūsmas mērīšanas tehnoloģijām.
Detalizēts ultraskaņas plūsmas mērītāju darbības principu skaidrojums
Ultraskaņas plūsmas mērītāji, kā moderna plūsmas mērīšanas tehnoloģija, darbojas, pamatojoties uz skaņu viļņu izplatīšanās īpašību izmaiņām plūstošā vidē. Atkarībā no mērīšanas principa, tie galvenokārt iedalās divās tipās: Doplera un laika-of-flight.
Doplera ultraskaņas plūsmas mērītāju darbības princips:
Šāda veida plūsmas mērītājs izmanto Doplera efektu plūsmas mērīšanai. Kad ultraskaņas signāls saskaras ar suspendētām daļiņām vai burbulīšiem plūstošā vidē, rodas atstarotie viļņi. Tā kā atstarotāji pārvietojas kopā ar šķidrumu, atstaroto viļņu frekvence mainās, kas ir pazīstams kā Doplera nobīde. Šīs nobīdes lielums ir tieši saistīts ar šķidruma ātrumu, tādējādi plūsmas ātrumu var aprēķināt, precīzi mērot frekvences nobīdi. Lai nodrošinātu efektīvu mērīšanu, videi jāsatur noteikta suspendēto daļiņu koncentrācija, kas darbojas kā akustiskie atstarotāji.
Laika ultraskaņas plūsmas mērītāju darbības princips:
Laika plūsmas mērītāji nosaka plūsmas ātrumu, mērot ultraskaņas viļņu izplatīšanās laika starpību lejup un augšup pa straumi. Ja šķidrums ir nekustīgs, izplatīšanās laiks abās virzienos ir vienāds. Kad šķidrums plūst, lejupplūsmas izplatīšanās laiks saīsinās, bet augšupplūsmas izplatīšanās laiks pagarina. Precīzi mērot šo laika starpību un kombinējot to ar cauruļvada ģeometriskiem parametriem, var precīzi aprēķināt vidējo plūsmas ātrumu. Šī metode ir īpaši piemērota salīdzinoši tīriem šķidrumiem.
Sistēmas komponenti un darbības kārtība:
Tipiskai ultraskaņas plūsmas mērītāju sistēmai sastāv no šādām galvenajām sastāvdaļām:
- Signālu apstrādes vienība: Ietver augstas frekvences oscilatorus un signālu apstrādes ķēdes.
- Sensoru komplekts: Parasti izstrādāts kā uzspiedes tips.
- Aprēķinu un displeja vienība: Izmantota datu apstrādei un rezultātu attēlošanai.
Darbības kārtība ir šāda: Signālu apstrādes vienība ģenerē augstas frekvences elektrisko signālu, lai darbinātu pārveidotāju, kas pārveido elektrisko signālu par ultraskaņas viļņiem un nosūta tos šķidrumā. Saņemošais pārveidotājs pārveido atstaroto vai pārsūtīto ultraskaņas signālu atpakaļ par elektrisku signālu, kas pēc tam tiek apstrādāts, lai aprēķinātu plūsmas ātrumu un plūsmas ātrumu.
Tehniskās īpašības un priekšrocības:
- Neninvazīvs mērījums: Nav nepieciešams traucēt cauruļvada struktūru.
- Nav spiediena zuduma: Neietekmē sistēmas darbības apstākļus.
- Platā pielietojamība: Var mērīt dažādus šķidruma vidus.
- Viegla apkope: Nav kustīgu daļu, nodrošinot augstu uzticamību.
Lietošanas apsvērumi:
Praktiskos pielietojumos jāņem vērā šādi faktori:
- Vidus īpašības: Ietverot duļķainību un viendabīgumu.
- Cauruļvada apstākļi: Materiāls, izmērs un apvalka stāvoklis.
- Instalācijas prasības: Nodrošiniet labu akustisko saikni.
- Vides traucējumi: Izvairieties no vibrācijām un elektromagnētiskiem traucējumiem.
Ar tehnoloģiskajiem sasniegumiem moderni ultraskaņas plūsmas mērītāji ir izstrādājuši sarežģītākas mērīšanas metodes, piemēram, adaptīvu hibrīda mērīšanas tehnoloģiju, kas automātiski izvēlas optimālo mērīšanas režīmu atkarībā no vides īpašībām, tādējādi uzlabojot mērījumu precizitāti un uzticamību.
Ultraskaņas plūsmas mērītāju darbības princips
Ultraskaņas plūsmas mērītāji ir nesaskares plūsmas mērīšanas tehnoloģija, kas balstīta uz akustiskajiem principiem, nosakot plūsmas ātrumu, analizējot izmaiņas ultraskaņas viļņu izplatīšanās raksturlielumos šķidrumos. Ierīcei ir uzlikas dizains, ko var uzstādīt tieši uz cauruļvada ārējās sienas, nesabojājot cauruļvada struktūru vai nesaskaroties ar vidi, tādējādi to īpaši piemērojot korozijas šķidrumiem vai grūtiem apstākļiem, piemēram, augstam spiedienam un temperatūrai. Turklāt tā pārnēsājamais dizains nodrošina lielu elastību industriālajām pārbaudēm un pagaidu mērījumiem.
Ultraskaņas plūsmas mērītāji galvenokārt tiek iedalīti divās kategorijās – Doplera un laika nobīdes tipa, no kuriem katram ir atšķirīgi fizikāli mehānismi plūsmas mērīšanai:
- Doplera ultraskaņas plūsmas mērītāji: Balstās uz ultraskaņas viļņu atstarojumu, ko izraisa šķidrumā suspendēti pilieni vai burbulīši. Kad ultraskaņas signāls tiek nosūtīts cauruļvadā, plūstošās vides pārtraukumi (piemēram, cietās daļiņas vai gaisa burbulīši) izkliedē skaņas viļņus, izraisot frekvences nobīdi (Doplera nobīdi). Šī nobīde ir proporcionāla šķidruma plūsmas ātrumam, tādējādi plūsmas ātrumu var aprēķināt, analizējot atstarotā signāla frekvences izmaiņas. Ir svarīgi atzīmēt, ka šāda veida plūsmas mērītājiem ir nepieciešams, lai vide būtu noteiktā mērā duļķaina vai saturētu gāzi, lai nodrošinātu pietiekamu akustisko atstarojumu. Turklāt plūsmas ātrums ir jāsaglabā noteiktā diapazonā, lai novērstu daļiņu nogulsnēšanos, kas ietekmētu mērījumu precizitāti.
- Laika-of-Flight Ultrasoniskās Plūsmas Mērītāji: Aprēķina plūsmas ātrumu, mērot ultraskaņas viļņu izplatīšanās laika starpību lejup un augšup pa straumi. Tā kā šķidruma plūsma ietekmē skaņas viļņu izplatīšanās ātrumu, lejupplūsmas izplatīšanās laiks ir īsāks, bet augšupplūsmas izplatīšanās laiks ir garāks. Precīzi mērot šo laika starpību, var noteikt šķidruma vidējo plūsmas ātrumu. Šo metodi piemēro attiecīgi tīriem šķidrumiem, piemēram, ķīmiskiem šķīdinātājiem vai zema duļķainuma ūdenim, taču tai nepieciešama augsta vide čistība. Pārāk daudz piemaisījumu vai burbulīšu šķidrumā var traucēt mērījumu rezultātiem.
Salīdzinot ar tradicionālajiem mehāniskajiem plūsmas mērītājiem, ultraskaņas plūsmas mērītājiem ir priekšrocības, piemēram, nav spiediena zuduma, nav nodiluma un liela pielāgošanās spēja, kas tos padara īpaši piemērotus rūpniecībai, piemēram, notekūdeņu attīrīšanai, ķīmiskajai rūpniecībai un enerģētikai. Tomēr to mērījumu precizitāti ievērojami ietekmē vidējās īpašības, tāpēc izvēloties jāņem vērā šādi faktori kā šķidruma īpašības, cauruļvadu stāvoklis un faktiskās lietošanas prasības, lai nodrošinātu optimālu mērījumu veiktspēju.
Izvēlieties pareizo ultraskaņas plūsmas mērītāju
Ultraskaņas plūsmas mērītāji ir arī lieliski piemēroti lietojumiem, kuros nepieciešams zems spiediena kritums un minimāla apkope. Doplera ultraskaņas plūsmas mērītāji ir tilpuma plūsmas mērītāji, kas piemēroti gaisotiem šķidrumiem, piemēram, notekūdeņiem vai dūņām. Laika izplatīšanās ultraskaņas plūsmas mērītāji savukārt ir ideāli piemēroti tīriem šķidrumiem, piemēram, ūdenim vai eļļai.
Ultraskaņas plūsmas mērītājiem ir trīs galvenie veidi. Faktori, piemēram, izvades veids (analogais vai digitālais), cauruļvada izmērs, minimālā un maksimālā procesa temperatūra, spiediens un plūsmas ātrums ietekmēs, kurš ultraskaņas plūsmas mērītājs vislabāk atbilst jūsu lietojumprogrammai.
Ultraskaņas konstrukcijas izmaiņas
Uzspiedejošie ultraskaņas plūsmas mērītāji ir pieejami viensensora un divsensora versijās. Viensensora versijā raidīšanas un saņemšanas kristāli atrodas vienā sensora korpusā, kas piestiprināts pie caurules virsmas vienā punktā. Sensora un caurules savienošanai akustiski tiek izmantots saistviela. Divsensora versijā raidīšanas kristāls atrodas vienā sensora korpusā, bet saņemšanas kristāls — otrā. Uzspiedejošie Doplera efekta plūsmas mērītāji ir jutīgi pret traucējumiem no pašas caurules sienas un gaisa spraugām starp sensoru un caurules sienu. Ja caurules siena ir izgatavota no nerūsējošā tērauda, tā var pārraidīt signālu pietiekami tālu, lai izraisītu nobīdi atgriežamajā eho, traucējot mērījumus. Iebūvēti akustiski pārtraukumi pastāv arī vara caurulēs, betonētās, plastmasas apvalkā, stiklplasta pastiprinātās caurulēs. Šie pārtraukumi var izkliedēt raidīto signālu vai samazināt atgriežamā signāla stiprumu, ievērojami samazinot plūsmas mērītāja precizitāti (bieži līdz ±20%). Lielākajā daļā gadījumu, ja caurule ir apvalkā, uzspiedejošie plūsmas mērītāji var nedarboties vispār.
Ultraskaņas plūsmas mērītāja uzstādīšanas tehniskie parametri
- Iekārtas uzstādīšanas sagatavošana
1.1 Cauruļvadu sistēmas novērtēšana un apstiprināšana
Pirms uzstādīšanas ir jāveic visaptveroša cauruļvada sistēmas novērtēšana, pievēršot uzmanību tam, vai caurules materiāls atbilst akustiskās pārraides pamatprasībām. Parasti metāla caurules, piemēram, no oglekļa tērauda vai nerūsējošā tērauda, labi pārraida skaņu, savukārt ne-metāla caurules vai caurules ar īpašiem pārklājumiem prasa papildu pārbaudi. Ir rūpīgi jāpārbauda arī cauruļu iekšējais pārklājums, jo noteikti pārklājuši materiāli (piemēram, gumija vai poliuretāns) var būtiski ietekmēt ultraskaņas signāla pārraides efektivitāti. Turklāt cauruļu iekšējai diametram jāatbilst plūsmas mērītāja specifikācijām, jo novirzes var izraisīt mērījumu kļūdas.
1.2 Uzstādīšanas vietas izvēles kritēriji
Izvēloties ideālu uzstādīšanas vietu, ir kritiski svarīgi nodrošināt mērījumu precizitāti. Jādod priekšroka horizontālām cauruļvadu sekcijām vai vertikālām augšupvērstām sekcijām, izvairoties no vertikālām lejupvērstām sekcijām. Jānodrošina pietiekama taisnās caurules garuma klātbūtne, parasti prasot vismaz 10 caurules diametrus pirms sensora un 5 caurules diametrus aiz sensora. Jāizvairās no uzstādīšanas tuvumā līkumiem, vārstiem, sūkņiem vai citiem veidgabaliem, kas var izraisīt plūsmas traucējumus. Uzstādīšanas vietai arī jāatrodas prom no stipriem vibrāciju avotiem un elektromagnētiskās ietekmes zonām, kā arī jāņem vērā apkārtējās vides temperatūras svārstības mērījumu stabilitātes nodrošināšanai.
- Galvenie tehniskie jautājumi uzstādīšanai
2.1 Cauruļu virsmas apstrādes process
Cauruļvada ārējās virsmas apstrādes kvalitāte tieši ietekmē ultraskaņas signāla pārraides efektivitāti. Pirms uzstādīšanas cauruļvada virsmu rūpīgi jānotīra no rūsas, oksidēšanās slāņiem un vecajiem pārklājumiem. Raupjām virsmām ieteicams izmantot smalku šmirgļpapīru, lai noslīpētu virsmu, līdz tiek sasniegta gluda, līdzena pieskāriena virsma. Apstrādātajai virsmai jābūt brīvai no eļļas, putekļiem vai citiem piesārņotājiem, un, ja nepieciešams, var izmantot speciālus tīrīšanas līdzekļus. Apstrādes zona jābūt 2–3 reizes lielākai nekā sensora pieskāriena zona, lai nodrošinātu pietiekamu uzstādīšanas rezervi.
2.2 Precīzas sensora pozicionēšanas tehnoloģija
Trandusera novietojuma precizitāte ir izšķiroša izmērījumu rezultātiem. Attālums starp tranduseriem stingri jānosaka saskaņā ar ražotāja rokasgrāmatu, izmantojot profesionālus novietojuma fiksatorus, lai nodrošinātu precizitāti. Īpaša uzmanība jāpievērš abu tranduseru aksiālajai izvietojumam, jo pat nelielas leņķiskas novirzes var izraisīt signāla vājināšanos. Ieteicams izmantot lāzera izlīdzināšanas rīkus, lai nodrošinātu perfektu relatīvo novietojumu. Lielāka diametra caurulēm jāņem vērā arī caurules ovālums uzstādīšanas precizitātei.
- Pēc uzstādīšanas verifikācija un atkļūdošana
3.1 Sistēmas veiktspējas pārbaudes procedūra
Pēc uzstādīšanas ir obligāti jāveic visaptveroša sistēmas pārbaude. Vispirms veiciet signāla stipruma pārbaudi, lai pārliecinātos, ka saņemtais signāls atbilst ražotāja ieteiktajai vērtībai. Tad pārbaudiet signāla un trokšņa attiecību, lai izslēgtu vides traucējumus. Pārbaudiet mērījumu stabilitāti dažādos plūsmas apstākļos, novērojot, vai signāla vilnis ir skaidrs un stabils. Īpašu uzmanību pievērsiet sistēmas reakcijas īpašībām plūsmas izmaiņu laikā, lai dinamiskie mērījumi atbilstu prasībām. Visbeidzot, veiciet ilgtermiņa stabilitātes pārbaudes, nepārtraukti monitorējot mērījumu datus vairāk nekā 24 stundas.
3.2 Ekspluatācijas statusa apstiprināšanas standarti
Pirms sistēmas uzsākšanas ir jāveic vairākas ekspluatācijas pārbaudes. Pirmkārt, pārbaudiet, vai cauruļvada detektēšanas funkcija darbojas pareizi, jo tā ir pamats mērījumu precizitātei. Tālāk pārbaudiet temperatūras kompensācijas funkciju, lai novērotu mērījumu stabilitāti mainīgās temperatūras apstākļos. Pārbaudiet sistēmas pašdiagnostikas funkciju, lai nodrošinātu laicīgu noviržu konstatēšanu un brīdinājumu. Visbeidzot, noteikt bāzes mērījumu vērtības nākamajai apkopei un kalibrēšanai.
- Īpašu apstākļu apstrādes risinājumi
4.1 Augstas temperatūras cauruļu uzstādīšanas specifikācija
Augstas temperatūras vides cauruļiem jāveic īpaši izolācijas pasākumi. Ieteicams izmantot augstas temperatūras koplinga aģentus un termoizolācijas pārklājumus. Starp sensoriem un augstas temperatūras cauruļu sistēmām jābūt efektīvai siltumizolācijas kārtai, lai novērstu siltuma vadīšanu un elektronisko komponentu bojājumus. Arī jāņem vērā temperatūras gradienta ietekme uz mērījumu precizitāti, vajadzības gadījumā izmantojot papildu temperatūras kompensācijas sensorus.
4.2 Vibrāciju vides risinājumi
Augstas vibrācijas vidē jāveic efektīvi vibrāciju slāpēšanas pasākumi. Sensorus var nostiprināt, izmantojot īpašus vibrāciju slāpētāja kronšteinus, vai uzstādīt vibrāciju slāpētājus uz caurulēm. Ir jāizvēlas sensori ar labāku vibrāciju izturību un attiecīgi jāpielāgo signāla filtrēšanas parametri. Mērījumu stabilitātes uzlabošanai šādā vidē var palielināt mērījumu izlases biežumu un izmantot datu vidējo vērtību.
- Tehniskie prasības apkopei
5.1 Rutīnas apkopes priekšmeti
Ievadiet regulāras inspekcijas sistēmu, koncentrējoties uz saistītāja stāvokļa un signāla stipruma stabilitāti. Veiciet visaptverošu sistēmas pārbaudi vismaz reizi mēnesī, tostarp mehānisko fiksāciju, elektriskos savienojumus un signāla kvalitātes novērtējumu. Turiet sensoru virsmas tīras un periodiski nomainiet novecojušos saistītājus. Saglabājiet pilnas apkopes ierakstus, lai sekotu sistēmas veiktspējas tendencēm.
5.2 Periodiskā kalibrācijas standarti
Izstrādājiet pamatotu kalibrācijas ciklu, pamatojoties uz ekspluatācijas vidi, parasti ieteicot kalibrēšanu uz vietas reizi 12 mēnešos. Kalibrēšanas laikā izmantojiet sertificētus standarta ierīces un ievērojiet standarta darbības procedūras. Sīki ierakstiet un analizējiet kalibrācijas datus, nekavējoties izmeklējot jebkādas novirzes. Svarīgiem mērīšanas punktiem saīsiniet kalibrācijas ciklu vai ieviešiet tiešsaistes kalibrāciju.
Ultraskaņas plūsmas mērītāju rūpnieciskās lietošanas jomas
Ultraskaņas plūsmas mērītāji tiek plaši izmantoti dažādās industriālās lietojumprogrammās. Tā kā tie mēra plūsmu, izmantojot skaņas viļņus, un ir nesaspīlējoši, tie ir ideāli piemēroti daudzām situācijām. Ultraskaņas plūsmas mērītāji galvenokārt tiek izmantoti naftas un gāzes rūpniecībā. Turklāt tiek izmantoti ķīmiskās, farmācijas, pārtikas un dzērienu, metālu, kalnrūpniecības, masļu un papīra, kā arī notekūdeņu attīrīšanas nozarēs.
