Ultrasonic Flow Meters: Kompletong Gabay para sa mga Industriyal na Aplikasyon |

Ang Ultrasonic flowmeters, bilang isang mahalagang teknolohiya sa modernong industriyal na pagsukat ng daloy, ay nagpapakita ng makabuluhang mga kalamangan sa iba't ibang larangan dahil sa kanilang natatanging paraan ng pagpapatakbo at mahusay na mga katangian ng pagganap. Pangunahin ang teknolohiyang ito ay nahahati sa dalawang uri: Doppler at time-of-flight, kung saan ang bawat isa ay batay sa iba't ibang mga pisikal na prinsipyo para sa pagtuklas ng daloy.

Ginagamit ng Doppler flowmeters ang akustikong Doppler effect, sinusukat ang daloy sa pamamagitan ng pagtuklas ng mga pagbabago sa dalas ng ultrasonic na alon na nakatagpo ng mga particle o bula sa likido. Ang teknolohiyang ito ay partikular na angkop para sa mga media na naglalaman ng tiyak na dami ng mga solidong nakasuspindi o bula, kaya't ito ay lalong epektibo sa mga aplikasyon sa industriya tulad ng paggamot ng agwat ng tubig. Ang time-of-flight flowmeters naman ay gumagamit ng pagkakaiba sa oras ng paglalakbay ng ultrasonic na alon, nag-aalok ng mas mataas na katiyakan ng pagsukat at pangunahing ginagamit para sa mga medyo malinis na likidong media.

Sa larangan ng automation ng wastewater treatment, ipinapakita ng ultrasonic flowmeters ang maramihang teknikal na bentahe. Ang kanilang paraan ng hindi nagpapakialam na pagsukat ay ganap na nakakaiwas sa pagkawala ng presyon sa mga tubo at nag-aalis ng mga isyu sa pagsusuot na kaugnay ng tradisyunal na mekanikal na flowmeters. Ang hindi direktang kalikasan ng mga sensor ay nagpapatunay na mayroon silang kemikal na kakaiba habang lubos na binabawasan ang pangangailangan sa pagpapanatili. Bukod pa rito, ang teknolohiyang ito ay mainam para sa mga conductive liquid at iba't ibang water-based na solusyon.

Napapansin na ang ultrasonic flowmeters ay may tiyak ding mga limitasyon. Para sa ultra-purong media tulad ng distilled water, ang kakulangan ng sapat na acoustic reflection interfaces ay maaaring makakaapekto nang malaki sa pagganap ng pagmamasure. Gayundin, sa mga aplikasyon na may napakataas na kahigpitan sa kalinisan, tulad ng tubig para uminom, kinakailangan ang maingat na pagtatasa ng kanilang angkop na paggamit. Ang mga katangiang ito ay nagpapahalaga sa teknolohiya para gamitin sa pagsukat ng maruming likido sa mga proseso ng industriya kaysa sa high-purity media.

Mula sa isang makasaysayang pananaw, ang teknolohikal na pundasyon ng ultrasonic flowmeters ay maaaring iugat sa pananaliksik sa akustiko noong kalagitnaan ng ika-19 siglo. Ang siyentipikong pagtuklas ng Doppler effect ay naglagay ng mahalagang teoretikal na pundasyon para sa mga susunod na aplikasyon sa engineering. Ang pisikal na fenomenong ito ay hindi lamang nagpapaliwanag sa kalikasan ng mga pagbabago sa acoustic frequency kundi nagbibigay din ng inobatibong solusyon para sa mga modernong teknolohiya sa pagsukat ng daloy.

Ang Ultrasonic flowmeters, bilang isang makabagong teknolohiya ng pagsukat ng daloy, gumagana batay sa mga pagbabago sa mga katangian ng pagpapalaganap ng tunog sa mga gumagalaw na media. Depende sa prinsipyo ng pagsukat, ito ay pangunahing nahahati sa dalawang uri: Doppler at time-of-flight.

Ginagamit ng uri ng flowmeter na ito ang Doppler effect para sa pagsukat ng daloy. Kapag ang isang ultrasonic signal ay nakakatagpo ng mga solidong partikulo o bula sa gumagalaw na media, ito ay nagpapagawa ng mga nakikibagang alon. Dahil ang mga reflector ay gumagalaw kasama ng likido, ang dalas ng mga nakikibagang alon ay nagbabago, isang pangyayaring kilala bilang Doppler shift. Ang sukat ng pagbabagong ito ay direktang may kaugnayan sa bilis ng likido, na nagpapahintulot upang masukat ang bilis ng daloy sa pamamagitan ng tumpak na pagsukat ng pagbabago sa dalas. Upang matiyak ang epektibong pagsukat, dapat magkaroon ang media ng tiyak na konsentrasyon ng mga solidong partikulo upang gumanap bilang mga akustikong reflector.

Ang mga flowmeter na time-of-flight ay nagtatadhana ng bilis ng daloy sa pamamagitan ng pagsukat sa pagkakaiba ng oras ng paglalakbay ng ultrasonic wave sa direksyon ng paibaba at paibaba. Sa isang hindi gumagalaw na likido, ang mga oras ng paglalakbay sa parehong direksyon ay pantay-pantay. Kapag ang likido ay dumadaloy, ang oras ng paglalakbay pababa ay nagiging mas maikli, samantalang ang oras ng paglalakbay pataas ay nagiging mas mahaba. Sa pamamagitan ng tumpak na pagsukat sa pagkakaibang ito at pinagsama ito sa mga parameter ng heometriya ng tubo, maaaring tumpak na makalkula ang average na bilis ng daloy. Ang paraang ito ay partikular na angkop para sa mga medyo malinis na likidong media.

Ang isang tipikal na sistema ng ultrasonic flowmeter ay binubuo ng mga sumusunod na pangunahing bahagi:

Ang workflow ay ang mga sumusunod: Ang signal processing unit ay nag-generate ng high-frequency na electrical signal upang mapagana ang transducer, na naghuhugot ng electrical signal sa ultrasonic wave at ipinapadala ito sa fluid. Ang receiving transducer ay nag-convert ng reflected o transmitted na ultrasonic signal pabalik sa electrical signal, na saka pinoproseso upang makuha ang flow velocity at flow rate.

Ang mga sumusunod na salik ay dapat isaalang-alang sa praktikal na aplikasyon:

Dahil sa mga pagsulong sa teknolohiya, ang mga modernong ultrasonic flowmeter ay nag-develop ng mas mahahalagang paraan ng pagsukat, tulad ng adaptive hybrid measurement technology, na kusang pipili ng pinakamahusay na paraan ng pagsukat ayon sa mga katangian ng medium, upang higit pang mapabuti ang katiyakan at pagkakasunod-sunod ng pagsukat.

Ang Ultrasonic flowmeters ay isang hindi nakakagambalang teknolohiya ng pagsukat ng daloy na batay sa akustikong prinsipyo, na nagtatakda ng bilis ng daloy sa pamamagitan ng pagtukoy sa mga pagbabago sa mga katangian ng pagpapalaganap ng ultrasonic na alon sa mga likido. Ang device ay may disenyo na kumakapit na maaaring i-install nang direkta sa labas na pader ng isang tubo nang hindi nag-uuri-uri o nakikipag-ugnay sa medium, kaya't lalong angkop ito para sa mga nakakagambalang likido o matinding kondisyon tulad ng mataas na presyon at temperatura. Bukod pa rito, ang disenyo nitong portable ay nag-aalok ng mataas na kalakhan para sa mga inspeksiyon sa industriya at pansamantalang pagsukat.

Ang Ultrasonic flowmeters ay pangunahing nahahati sa dalawang uri, Doppler at time-of-flight, na bawat isa ay batay sa iba't ibang mga pisikal na mekanismo para sa pagsukat ng daloy:

Kung ihahambing sa tradisyunal na mekanikal na flowmeters, ang ultrasonic flowmeters ay may mga bentahe tulad ng walang pagkawala ng presyon, walang pagsusuot, at matibay na kakayahang umangkop, na nagpapahalaga sa kanila lalo na sa mga industriya tulad ng paggamot ng tubig-bahay, kemikal, at enerhiya. Gayunpaman, ang kanilang katiyakan sa pagsukat ay malaking naapektuhan ng mga katangian ng midyum, kaya ang mga salik tulad ng mga katangian ng likido, kondisyon ng tubo, at mga kinakailangan sa aktuwal na aplikasyon ay dapat lubos na isaalang-alang sa pagpili upang matiyak ang pinakamahusay na pagganap sa pagsukat.

Ang ultrasonic flowmeters ay angkop din para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng mababang pressure drop at mababang pangangalaga. Ang Doppler ultrasonic flowmeters ay mga volumetric flowmeters na angkop para sa mga aerated na likido, tulad ng tubig-bahay o mga silt. Ang time-of-flight ultrasonic flowmeters naman ay perpekto para sa malinis na likido tulad ng tubig o langis.

May tatlong pangunahing uri ng ultrasonic flowmeters. Ang mga salik tulad ng uri ng output (analog o digital), sukat ng tubo, pinakamababang at pinakamataas na temperatura ng proseso, presyon, at bilis ng daloy ay makakaapekto kung aling ultrasonic flowmeter ang pinakangangailangan para sa iyong aplikasyon.

Ang clamp-on ultrasonic flowmeters ay may single-sensor at dual-sensor na bersyon. Sa single-sensor na bersyon, ang transmitting at receiving crystals ay nasa loob ng iisang sensor body, na nakakabit sa isang punto sa ibabaw ng tubo. Ginagamit ang coupling compound para akustikong ikonek ang sensor sa tubo. Sa dual-sensor na bersyon, ang transmitting crystal ay nasa isang sensor body, samantalang ang receiving crystal naman ay nasa isa pang sensor body. Ang clamp-on Doppler flowmeters ay maaring maapektuhan ng interference mula mismo sa pader ng tubo at anumang puwang ng hangin sa pagitan ng sensor at pader ng tubo. Kung ang pader ng tubo ay gawa sa stainless steel, maari itong maghatid ng transmitted signal nang sapat na layo upang magdulot ng offset sa returning echo, na nakakaapekto sa pagbabasa. Ang mga built-in acoustic discontinuities ay naroroon din sa tanso (copper) na tubo, tubong may konkreto, plastik, o fiberglass na pambalot. Ang mga discontinuity na ito ay maaring magkalat sa transmitted signal o patayin ang returning signal, na lubos na binabawasan ang katiyakan ng flowmeter (madalas sa loob ng ±20%). Sa karamihan ng mga kaso, kung ang tubo ay may pambalot, maaaring hindi gumana ang clamp-on flowmeters.

1.1 Pagsusuri at Pagpapatotoo sa Sistema ng Tubo

Bago isagawa ang instalasyon, kailangang isagawa ang isang buong pagtatasa sa layunin na sistema ng tubo, na tumutuon kung ang materyales ng tubo ay nakakatugon sa pangunahing mga kinakailangan para sa akustikong paghahatid. Ang mga metal na tubo tulad ng carbon steel at stainless steel ay karaniwang may magandang katangian sa akustikong paghahatid, samantalang ang mga di-metal na tubo o mga tubo na may espesyal na panlinya ay nangangailangan ng karagdagang pagpapatotoo. Kailangang mabuti ring suriin ang kondisyon ng panlinya sa loob ng tubo, dahil ang ilang mga materyales para sa panlinya (tulad ng goma o polyurethane) ay maaring makakaapekto nang malaki sa kahusayan ng ultrasonic signal transmission. Bukod pa rito, ang panloob na diametro ng tubo ay dapat na eksaktong umaangkop sa mga espesipikasyon ng flowmeter, dahil ang anumang paglihis ay maaring magdulot ng mga pagkakamali sa pagmamasukat.

1.2 Mga Pamantayan sa Pagpili ng Lokasyon ng Instalasyon

Mahalaga ang pagpili ng perpektong lokasyon para sa pag-install upang matiyak ang katumpakan ng pagmemeasurement. Una sa lahat, dapat bigyan ng prayoridad ang mga horizontal na seksyon ng tubo o mga paitaas na vertical na seksyon, at iwasan ang mga pababang vertical na seksyon. Dapat din siguraduhin ang sapat na haba ng straight na tubo, na karaniwang nangangailangan ng hindi bababa sa 10 beses ang diameter ng tubo sa upstream at 5 beses ang diameter ng tubo sa downstream. Iwasan ang pag-install malapit sa mga siko, gripo, bomba, o iba pang fittings na maaaring magdulot ng pagkagambala sa daloy. Ang lugar ng pag-install ay dapat malayo rin sa mga malakas na pinagmumulan ng pag-vibrate at electromagnetic interference, at dapat isaalang-alang ang mga pagbabago sa temperatura ng kapaligiran para sa katatagan ng measurement.

2.1 Proseso ng Paggamot sa Ibabaw ng Tubo

Ang kalidad ng pagtrato sa panlabas na ibabaw ng tubo ay direktang nakakaapekto sa kahusayan ng paghahatid ng ultrasonic signal. Bago ang pag-install, kailangang mabuti ang paglilinis sa ibabaw ng tubo upang alisin ang kalawang, mga oxidized na layer, at mga lumang patong. Para sa mga magaspang na ibabaw, inirerekomenda ang paggamit ng maliit na liha upang ipolish hanggang sa makamit ang isang makinis at patag na surface para sa contact. Ang tratong ibabaw ay dapat walang langis, alikabok, o anumang kontaminasyon, at maaaring gamitin ang mga espesyal na ahente para sa paglilinis kung kinakailangan. Ang lugar na tratuhin ay dapat na 2-3 beses na mas malaki kaysa sa lugar ng contact ng transducer upang matiyak ang sapat na puwang sa pag-install.

2.2 Teknolohiya ng Tumpak na Posisyon ng Transducer

Ang katiyakan ng posisyon ng transducer ay mahalaga para sa mga resulta ng pagsukat. Ang layo sa pagitan ng mga transducer ay dapat tumpak na nakasaad ayon sa gabay ng tagagawa, gamit ang mga propesyonal na fixture para sa posisyon upang masiguro ang katumpakan. Dapat din bigyan ng espesyal na atensyon ang pagkakahanay ng dalawang transducer, dahil ang maliit na paglihis sa anggulo ay maaaring magdulot ng pagbaba ng signal. Inirerekomenda ang paggamit ng mga tool na laser para sa paghanay upang masiguro ang perpektong posisyon ng relatibo. Para sa mga tubo na may malaking diameter, dapat isaalang-alang din ang hugis ng tubo para sa katumpakan ng pag-install.

3.1 Pamamaraan ng Pagsusuri sa Kahusayan ng Sistema

Pagkatapos ng pag-install, kailangang gawin ang buong system testing. Una, isagawa ang signal strength test upang matiyak na ang natatanggap na signal ay nakakatugon sa inirerekumendang halaga ng manufacturer. Pagkatapos, suriin ang signal-to-noise ratio upang alisin ang interference mula sa kapaligiran. I-verify ang katatagan ng pagsukat sa ilalim ng iba't ibang kondisyon ng daloy, at obserbahan kung ang signal waveform ay malinaw at matatag. Bigyan ng pansin ang mga katangian ng sagot ng sistema habang nagbabago ang daloy upang matiyak na ang dynamic na performance ng pagsukat ay nakakatugon sa mga kinakailangan. Sa wakas, isagawa ang mahabang pagsubok sa katatagan, patuloy na minamarkahan ang datos ng pagsukat nang higit sa 24 oras.

3.2 Pamantayan sa Pag-verify ng Katayuan ng Operasyon

Maramihang pagsusuri sa operasyon ang kinakailangan bago isagawa ang system commissioning. Una, tiyaking gumagana nang maayos ang full-pipe detection function dahil ito ang batayan ng katiyakan ng pagmemeasurement. Susunod, subukan ang temperature compensation function upang masuri ang katatagan ng measurement sa ilalim ng magkakaibang temperatura. Suriin din ang self-diagnostic function ng system upang matiyak ang maagang pagtuklas at pag-alarm sa anomaliya. Sa wakas, itatag ang baseline measurement values para sa hinaharap na maintenance at calibration.

4.1 Mga Tukoy sa Pag-install ng Pipe na Mataas ang Temperatura

Para sa mga tubo na gumagawa ng mataas na temperatura, kailangan ng espesyal na pagkakabukod. Inirerekomenda ang paggamit ng mga coupling agent na mataas ang temperatura at mga pananggalang pang-init. Kailangan mag-install ng epektibong mga layer ng pagkakabukod sa init sa pagitan ng transducer at ng mga tubo na mataas ang temperatura upang maiwasan ang pagkasira ng electronic components dahil sa init. Dapat isaalang-alang din ang epekto ng gradient ng temperatura sa katiyakan ng pagmemeasurement, at kung kinakailangan, magdagdag ng mga sensor para sa kompensasyon ng temperatura.

4.2 Mga Solusyon sa Kapaligiran na May Vibration

Sa mga kapaligirang may mataas na vibration, kailangang isagawa ang epektibong mga hakbang na pang-dampi ng vibration. Maaaring gamitin ang mga espesyal na bracket na pang-dampi ng vibration upang mapalakas ang transducer o i-install ang mga vibration damper sa tubo. Piliin ang mga transducer na may mas magandang paglaban sa vibration, at ayusin nang naaayon ang mga parameter ng signal filtering. Ang pagtaas sa dalas ng sampling ng measurement at pagkuha ng average ng datos ay makapagpapabuti ng katatagan sa ganitong mga kapaligiran.

5.1 Mga Gamit sa Rutinang Paggawa

Itatag ang isang sistemang paminsan-minsan na inspeksyon, tumutok sa kondisyon ng coupling agent at katiyakan ng lakas ng signal. Isagawa ang buong pagsusuri sa sistema minsan sa isang buwan, kabilang ang mekanikal na pagkakabit, kable ng kuryente, at pagtatasa sa kalidad ng signal. Panatilihin ang kalinisan ng mga surface ng transducer at palitan ang coupling agent na nababagay sa takdang panahon. menjamin ang kumpletong talaan ng pagpapanatili upang masundan ang takbo ng sistema.

5.2 Mga Pamantayan sa Periodikong Kalibrasyon

Makabuo ng makatwirang ikot ng kalibrasyon ayon sa kondisyon ng operasyon, karaniwang inirerekomenda ang kalibrasyon sa lugar ng operasyon bawat 12 buwan. Gamitin ang mga sertipikadong standard device at sundin ang standard na pamamaraan sa kalibrasyon. I-record at i-analyze ang datos ng kalibrasyon nang detalyado, agad na siyasatin ang anumang hindi pangkaraniwang resulta. Para sa mga mahalagang punto ng pagsukat, iikli ang ikot ng kalibrasyon o ipatupad ang online calibration.

Ang ultrasonic flowmeters ay malawakang ginagamit sa iba't ibang aplikasyon sa industriya. Dahil sila'y gumagamit ng tunog para sukatin ang daloy at hindi nakakagambala, mainam sila sa maraming sitwasyon. Ang ultrasonic flowmeters ay pangunahing ginagamit sa industriya ng langis at gas. Bukod dito, ginagamit din sila sa mga industriya tulad ng kemikal, parmasyutiko, pagkain at inumin, metal, mining, pulp at papel, at paggamot sa tubig-bahay.