Supratimas apie ultragarso srauto matuoklius ir jo veikimo principą matuojant vandens srautą

Srauto greičio matavimas apima skysčio kiekio, einančio per nurodytą indo paviršiaus plotą, nustatymą tam tikru metu. Kaip ir visos formos matavimai, jis naudojamas kasdieniame gyvenime, pradedant jo naudojimu stebint vandens ir dujų suvartojimą apskaičiuojant sąskaitas iki kritiškesnių pramoninių taikymų (pvz., Didelio masto kelių chemikalų maišymas), kur srauto greičio matavimas vaidina pagrindinį vaidmenį išlaikant proceso / produkto kokybė.

Srauto greičiui nustatyti naudojami specialūs skaitiklių tipai, vadinami srauto matuokliais. Dėl skirtingų srauto matavimo reikalavimų (linijinis / nelinijinis, masės / tūrinis greitis ir kt.) Yra daug skirtingų srauto matuoklių tipų. Skaitikliai skiriasi vienas nuo kito, atsižvelgiant į skirtingus veiksnius, įskaitant; jų taikomą matavimo techniką, konkrečius srauto parametrus, kuriuos jie stebi, skysčio kiekį, kurį jie gali stebėti, ir jų fizinius požymius. YFS201 yra populiarus vandens srauto jutiklis, kurį anksčiau naudojome vandens srautui matuoti naudodami „Arduino“ ir apskaičiuotą išsklaidyto srauto ir tūrio greitį.

Kai kurie srauto matuoklių tipai / kategorijos apima: Turbinos, sūkurio, šiluminės masės, magnetinės, ovalios pavaros, mentės, Coriolis, masės srauto, mažo srauto ir ultragarso srauto matuokliai, kurie yra šio straipsnio objektas. Ultragarsiniai srauto matuokliai yra neinvazinės, labai patikimos skysčio, tekančio per indą, kiekio nustatymo priemonės, ir jie buvo pritaikyti įvairiose pramonės šakose - nuo naftos ir dujų iki komunalinių paslaugų tiekėjų.

Šiame straipsnyje mes apžvelgsime viską, kas yra aplink ultragarso srauto matuoklį, jų veikimą, privalumus ir trūkumus.

Ultragarsinis srauto matuoklis

Kaip rodo pavadinimas, ultragarso srauto matuoklis, vienas iš plačiai naudojamų srauto matuoklių, yra neįkyrus prietaisas, kuris apskaičiuoja skysčio srautą matuodamas jo greitį ultragarsu. Jis gali išmatuoti skysčio srautą praktiškai bet kuriame skystyje, kur garso bangos gali perduoti. Šis srauto matuoklio tipas paprastai laikomas „hibridiniu“, nes jis gali naudoti Doplerio principą arba tranzito laiko metodą srautui matuoti, abu principus aptarsime vėliau šiame straipsnyje. Atkreipkite dėmesį, kad šie srauto matuokliai taip pat vadinami Doplerio srauto matuokliais, jei jie veikia pagal doplerio principą.

Ultragarsiniai srauto matuokliai yra idealiausi vandeniui, kur reikalingas mažas slėgio kritimas, mažai priežiūros ir cheminių medžiagų suderinamumas. Paprastai jie neveiks geriamuoju ar distiliuotu vandeniu, tačiau yra tinkami naudoti nuotekoms ar laidiems nešvariems skysčiams. Jie naudojami su abrazyviais ir koroziniais skysčiais, nes jie netrukdo skysčiams, tekantiems vamzdynais.

Ultragarsinio srauto matuoklio veikimo principas

Ultragarsiniai srauto matuokliai naudoja srauto matavimui aido principus ir garso greičio kitimą skirtingose ​​terpėse. Skaitikliuose paprastai yra du ultragarso keitikliai, kurių vienas veikia kaip siųstuvas, kitas - kaip imtuvas. Du keitikliai gali būti montuojami vienas šalia kito arba kampu vienas nuo kito priešingose ​​indo pusėse. Perduodantis daviklis skleidžia garso impulsus nuo jutiklio paviršiaus iki skysčio ir jį priima imtuvu paskirtas daviklis. Tada apskaičiuojamas ir naudojamas laikas nustatant srauto greitį ir kitus parametrus, kol garso impulsas praeina iš siųstuvo į imtuvą, žinomas kaip tranzito laikas.

Antrosios konfigūracijos atveju, kai siųstuvas ir imtuvas dedami vienas šalia kito, siųstuvas skleidžia garso impulsą, o imtuvas stebi laiką, kurio reikia perdavimo aidui priimti.

Nepaisant jutiklio konfigūracijos, matavimas su tranzito laiko skirtumu yra pagrįstas tuo, kad; garso bangos, sklindančios terpės tekėjimo kryptimi, juda greičiau nei bangos, sklindančios prieš terpės tekėjimo kryptį. Taigi tranzito laiko skirtumas yra tiesiogiai proporcingas terpės srauto greičiui ir šis principas naudojamas tiksliai matuoti dujų ir skysčių tūrį, taip pat nustatyti tankį ir klampą.

Nors pirmiau minėti du metodai yra dažniausiai naudojami, skirtinguose ultragarso srauto matuokliuose naudojama modifikuota jo versija, atsižvelgiant į skysčio tipą ir matavimus. Žemiau pateiktame ultragarso vandens skaitiklio paveikslėlyje pavaizduota, kaip jutikliai prieš srovę ir žemyn yra dedami į jutiklio vamzdį kartu su kai kuriais vandens srauto matuoklio projektavimo atšvaitais. Tikroji tos pačios aparatūros sąranka taip pat rodoma pažymint abu keitlius.

Srauto greičio apskaičiavimas naudojant ultragarso srauto jutiklius

Norėdami geriau suprasti technines priežastis, apsvarstykite žemiau esantį vaizdą, kuriame pateikiama pirmoji konfigūracija su siųstuvo (TA) ir imtuvo (TB) keitikliais, sumontuotais kampu priešais vienas kitą;

Tegul laikas, per kurį praeina akustinė banga nuo siųstuvo iki imtuvo, ty terpės srauto kryptimi, yra T _{A – B}, ir laikas, per kurį ji pereina nuo priimančio daviklio į perduodantį daviklį, tai prieštarauja srauto krypčiai T _{B –A}.

Dviejų tranzito trukmių skirtumas yra tiesiogiai proporcingas vidutiniam terpės srauto greičiui, v _m;

T _{B –A} - T _{A –B} = v _m ------------- 1 lygtis

Kadangi signalo perdavimo laikas yra atstumas tarp perduodančio daviklio ir priimančio siųstuvo, padalytas iš greičio, kurio reikia akustiniam signalui nueiti iš vieno daviklio į kitą,

T _{A –B} = L / (C _AB + v * cosα) -------------- 2 lygtis

Ir;

T _{B –A} = L / (C _BA - v * cos α) --------------- 3 lygtis

2 ir 3 lygtys apibrėžia srauto greitį tarp keitiklio A prieš srovę ir keitiklio B pasroviui. kur;

v = terpės srauto greitis, L = akustinio kelio ilgis, c = garso greitis terpėje, o alfa „α“ yra kampas prie vamzdžio, kuriuo ultragarso garsas keliauja iš siųstuvo į imtuvą.

Darant prielaidą, kad garso greitis terpėje yra pastovus (ty nekinta parametrai, pvz., Skysčio tankis, temperatūra ir kt.);

(L / (2 * cos)) * (T _{B – A} - T _{A – B}) / (T _{B – A} x T _{A – B})

padauginę vidutinį greitį su vamzdžio skerspjūvio plotu, gauname srauto greitį Q as;

Q = (π * D ³) / (4 * sin 2α) * (T _{B – A} - T _{A – B}) / (T _{B – A} x T _{A – B})

Vamzdžio skerspjūvio plotas yra pastovus, kai ultragarsinis srauto matuoklis yra skersmens D.

Šių lygčių įgyvendinimas be kintamųjų, tokių kaip tankis, temperatūra, slėgis, garso greitis ir kitos terpėje / skystyje apibrėžtos charakteristikos, demonstruoja priežastis už ultragarso srauto matuoklių universalumo ir tikslumo.

Ultragarso skaitiklių privalumai / reikšmė

Pagrindiniai ultragarsinių srauto matuoklių privalumai turi būti jų neinvazinis pobūdis ir gebėjimas dirbti su bet kokio tipo skysčiais (nes skysčių garso tankis ir greitis neturi reikšmės). Įvairios savybės (įskaitant chemikalus, tirpiklius, alyvas ir kt.), Turinčios skirtingas savybes, vamzdynų sistemomis gabenamos ir paskirstomos kiekvieną dieną, stebint jų srautą. Dėl neinvazinio ultragarso srauto matuoklių pobūdžio jie tokiose situacijose tampa goto matuokliais. Štai kodėl jie randa pritaikymą įvairiuose pramonės sektoriuose, pradedant su chemija susijusiomis pramonės šakomis, baigiant maisto perdirbimo, vandens valymo, naftos ir dujų sektoriais.

Trūkumai

Pagrindinis ultragarso srauto matuoklių trūkumas turi būti jų kaina. Dėl sudėtingo jų projektavimo ultragarso srauto matuokliai paprastai yra brangesni nei mechaniniai ar kitokio tipo skaitikliai, nes jiems reikia daugiau pastangų ir komponentų,

Be projektavimo sudėtingumo ir sąnaudų, ultragarso srauto matuokliams taip pat reikalinga kompetencija diegiant / tvarkant, palyginti su daugeliu kitų skaitiklių tipų.

Populiariausi ultragarsiniai srauto matuokliai rinkoje

Nors tikimasi, kad pasaulinio ultragarso srauto matuoklio rinka iki 2024 m. Pasieks 2 milijardus JAV dolerių, pastaraisiais metais rinka smarkiai augo, nes šiandien ją pritaikė daugelyje pramonės šakų ir įdiegė keletą naujai patobulintų variantų. Daugelis gamintojų sukūrė ultragarso srauto matuoklius su pažangiomis technologijomis, kad pagerintų matavimo tikslumą. Kadangi šis skaitiklis pritaikytas konkrečiai pramonei, tikimasi, kad prognozuojamais laikotarpiais rinką paskatins naujausi pokyčiai. Populiariausi ultragarso srauto matuokliai rinkoje yra:

„Sonic-View“ ultragarso srauto matuokliai: „Sonic-view“, vienas iš geriausių sprendimų matuoti mažus skysčių srautus, veikia tranzito laiko principu. Davikliai nesiliečia su terpe ir instrumentuose nėra judančių dalių. Nepralenkiamos savybės, tokios kaip mažos nuosavybės išlaidos, ilgas nepertraukiamas eksploatavimas, apsaugoti keitikliai, viso gyvenimo trukmės patikimo matuoklio ciklas ir jo nejautrumas nuo slėgio smailių ir dalelių. geriausius sprendimus skaitiklių rinkoje.

„Shmeters“ ultragarsiniai vandens skaitikliai: Esant įvairioms vamzdžių srauto sąlygoms, šis pramoniniams ir komerciniams tikslams skirtas ultragarsinis vandens skaitiklis gali žymėti projektavimo pjūvio matavimus kuo didesniu matavimo tikslumu. Skaitiklis maitinamas baterijomis ir gali 10 metų be pertraukos veikti tik su viena baterija; jo energijos suvartojimas yra mažesnis nei 0,5 mW. Jis gali tęsti darbą ilgai, netrukdomas magnetinių trukdžių. Tuo tarpu jis yra labai patikimas ir jautrus, greitai galima nustatyti net 0,002m / s srauto greitį.

„Sitrans FS“ ultragarsiniai srauto matuokliai: jie užtikrina įspūdingą įvairių dujų ir skysčių našumą, nes gali veikti nepriklausomai nuo temperatūros, klampos, laidumo, slėgio, tankio ir sunkiausiomis sąlygomis. „Sitrans FS220“ didžiuojasi kaip geriausias savo klasės sprendimas nesudėtingiems srauto matams, nes atrodo, kad jo galimybės yra begalinės.

Ypač vartotojams skirtose programose ultragarso matuoklius tobulina tokios technologijos kaip „LoRa“, leidžiančios savivaldybių ir susijusioms institucijoms nuotoliniu būdu stebėti tokius dalykus kaip dujų ir vandens suvartojimas. Mažos galios ryšio terpės dėka šie skaitikliai gali tarnauti 5 ir daugiau metų su vienu akumuliatoriaus įkrovimu, ty daugiau nei tai galima pasiekti naudojant mechaninius skaitiklius.