เครื่องวัดอัตราการไหลล้ำเสียงคืออะไร?

หากคุณเคยยืนอยู่ใกล้ทางหลวงและสังเกตเห็นว่าเสียงไซเรนของรถพยาบาลดังขึ้นดังขึ้นขณะวิ่งเข้าหาคุณ แล้วลดลงจนเกือบจะเป็นโศกเศร้าเมื่อมันเร่งความเร็วออกไป-ยินดีด้วย คุณได้สัมผัสกับฟิสิกส์แบบเดียวกับที่ทำให้เครื่องวัดอัตราการไหลล้ำเสียงติด. คนส่วนใหญ่ไม่ได้คิดถึงช่วงเวลานั้นซ้ำสอง วิศวกรก็ทำ

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิกจะวัดความเร็วของของเหลวที่ไหลผ่านท่อโดยการสะท้อนคลื่นเสียงออกจากท่อ ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ไม่มีการสัมผัสของเหลวโดยตรง แค่เสียงที่ทำในสิ่งที่เสียง-เคลื่อนที่ เด้ง ขยับ เทคโนโลยีนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่เป็นวิธีที่เราปรับปรุงในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมาใช่ไหม นั่นคือสิ่งที่น่าสนใจ

Which Ultrasonic Clamp On Flow Meters Suit Refineries?

ต่อไปนี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับอัลตราโซนิก-ซึ่งแปลว่า "เหนือเสียง" อย่างแท้จริง เรากำลังพูดถึงความถี่ที่สูงกว่า 20 kHz ซึ่งเกินกว่าที่หูของมนุษย์จะตรวจพบได้ สุนัขอาจจะเงยหน้าขึ้น แต่คุณจะไม่ได้ยินอะไรเลย มิเตอร์จะส่งพัลส์เสียงที่มองไม่เห็นเหล่านี้เข้าไปในไปป์ และคุณจะได้รับการอ่านค่าการไหล ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่เกิดขึ้นต่อไป

มีสองแนวทางหลัก ประเภทดอปเปลอร์และประเภทเวลาขนส่ง- โดยพื้นฐานแล้วพวกมันเป็นสัตว์ที่แตกต่างกันแม้ว่าจะมี DNA อัลตราโซนิกเหมือนกัน และการเลือกอันที่ผิดสำหรับการใช้งานของคุณถือเป็นข้อผิดพลาดง่าย ๆ ที่เกิดขึ้นบ่อยกว่าที่ผู้ขายจะยอมรับ

เครื่องวัดอุลตร้าโซนิคดอปเปลอร์ต้องใช้บางสิ่งบางอย่างในของเหลวเพื่อสะท้อนเสียงกลับ อนุภาค บับเบิ้ล สิ่งใดก็ตามที่สร้างสิ่งที่วิศวกรเรียกว่า "ความไม่ต่อเนื่องทางเสียง" หากไม่มีพวกมัน คุณจะไม่ได้อะไรเลย-สัญญาณก็ผ่านไปได้ราวกับแสงผ่านกระจก

ทำให้เครื่องวัดดอปเปลอร์เหมาะสำหรับน้ำเสีย ของเหลวข้น หรือสิ่งใดก็ตามที่มีสารแขวนลอยมากกว่า 100 ส่วนต่อล้านส่วน ขนาดอนุภาคขั้นต่ำ? ประมาณ 100 ไมครอน ให้หรือรับ เล็กกว่านั้นและการสะท้อนกลับไม่น่าเชื่อถือ มิเตอร์จะคำนวณความเร็วโดยพิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่สะท้อนเมื่อเปรียบเทียบกับความถี่ที่ถูกส่ง การไหลที่สูงขึ้นหมายถึงการเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่ขึ้น ง่ายพอในทางทฤษฎี

แต่นี่คือสิ่งที่ทำให้ผู้คนสะดุด: มิเตอร์วัดความเร็วของอนุภาคเหล่านั้น ไม่ใช่ตัวของเหลวเอง โดยปกติแล้ว เป็นเรื่องปกติ-ที่อนุภาคจะเคลื่อนที่ไปตามการไหล ในสภาวะที่มีความปั่นป่วนสูงหรือการไหลแบบแบ่งชั้น คุณสามารถอ่านค่าที่ดูเหมือนสมเหตุสมผลแต่ยังไม่ถูกต้องนัก น่ารู้.

มาตรวัดเวลาการขนส่งสาธารณะ-ทำงานแตกต่างออกไป ทรานสดิวเซอร์สองตัวหันหน้าเข้าหากันข้ามท่อ อันหนึ่งส่งพัลส์ดาวน์สตรีม ส่วนอีกอันส่งหนึ่งอัปสตรีม ในของเหลวที่นิ่งอยู่ พัลส์ทั้งสองจะมาถึงในเวลาเดียวกัน เพิ่มการไหล และพัลส์ดาวน์สตรีมจะมาถึงเร็วขึ้น เพราะมันขี่กระแส ในขณะที่พัลส์ต้นน้ำต่อสู้กับมัน

เวลาที่แตกต่างกันระหว่างการมาถึงทั้งสองครั้งคืออะไร? นั่นคือความเร็วการไหลของคุณ

ไม่จำเป็นต้องใช้อนุภาค จริงๆ แล้ว อนุภาคทำให้สิ่งต่างๆ แย่ลง-โดยกระจายสัญญาณและลดความแม่นยำลง มาตรวัดเวลาขนส่ง-ต้องการของเหลวที่สะอาด น้ำ. น้ำมัน สารเคมีบางชนิด ยิ่งสะอาดยิ่งดี

ความแม่นยำสามารถอ่านได้ ±0.5% ในสภาวะที่เหมาะสม ซึ่งน่าประทับใจอย่างแท้จริงสำหรับการวัดที่ไม่รุกราน- การติดตั้งในโลกจริง-มักจะลงที่ใดที่หนึ่งระหว่าง 1-3% ขึ้นอยู่กับสภาพของท่อ คุณสมบัติของของเหลว คุณภาพการติดตั้ง ซึ่งเป็นตัวแปรทั้งหมดที่ตัวอย่างในตำราเรียนมองข้ามไปโดยสะดวก

มิเตอร์อัลตราโซนิกส่วนใหญ่จะยึดเข้ากับท่อที่มีอยู่โดยตรง ไม่มีการเจาะ ไม่มีการปิดเครื่อง ไม่มีการตัดเป็นเส้นแรงดันในขณะที่หัวหน้าฝ่ายซ่อมบำรุงมีเหตุการณ์หัวใจเล็กๆ อยู่ในบริเวณใกล้เคียง

คุณใช้สารประกอบคัปปลิ้งอะคูสติก-โดยพื้นฐานแล้วจาระบีอัลตราโซนิก-รัดทรานสดิวเซอร์ไว้ที่ด้านนอกของท่อ กำหนดค่าพารามิเตอร์ของคุณ และคุณกำลังวัดการไหล กระบวนการทั้งหมดอาจใช้เวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงในวันที่ดี เปรียบเทียบกับการติดตั้งแผ่นปากหรือมิเตอร์กังหัน ซึ่งต้องใช้สายระบายน้ำ ตัดท่อ หน้าแปลนเชื่อม การทดสอบแรงดัน... ถือว่าไม่ปิดเลยด้วยซ้ำ

การพกพาถือเป็นข้อดีอีกประการหนึ่งที่ไม่มีใครพูดถึงมากพอ แคลมป์เดียวกัน-บนมิเตอร์สามารถเคลื่อนที่ระหว่างจุดวัดได้หลายสิบจุด กำลังตรวจสอบการกระจายการไหลของโรงงานทั้งหมดโดยไม่ต้องซื้อเครื่องมือแยก 30 ชิ้นใช่หรือไม่ นั่นคือเงินที่บันทึกไว้จริง

ไม่มีอะไรสมบูรณ์แบบ สัญญาณอัลตราโซนิคจะต้องผ่านผนังท่อสองครั้ง-เมื่อเข้าไปและออกมา วัสดุผนังแต่ละชนิดส่งผลต่อสัญญาณที่แตกต่างกัน

สแตนเลสนำอัลตราซาวนด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ บางครั้งก็มีประสิทธิภาพเกินไป สัญญาณสามารถวิ่งไปตามผนังท่อได้เร็วกว่าผ่านของเหลว ทำให้เกิดครอสทอล์คที่ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สับสน เหล็กกล้าคาร์บอนทำงานได้ดีขึ้น ท่อพลาสติกทำงานได้ดีพอสมควร แต่ต้องมีการกำหนดค่าหัวโซน่าร์ที่แตกต่างกัน ท่อคอนกรีต-ใช่ไหม? ทองแดง? ไฟเบอร์กลาส-วัสดุเสริมแรง? แต่ละรายการนำเสนอความท้าทายตั้งแต่ "ยุ่งยากแต่จัดการได้" ไปจนถึง "ค้นหาเทคโนโลยีอื่น"

การบุท่อเป็นปัญหาอย่างยิ่ง นั่นเคลือบยางป้องกันการกัดกร่อนเหรอ? มันอาจดูดซับสัญญาณอัลตราโซนิกของคุณได้อย่างสมบูรณ์ ช่องว่างอากาศระหว่างซับเสื่อมโทรมกับผนังท่อ? แย่ยิ่งกว่านั้นอีก การติดตั้งบางอย่างรายงานความแม่นยำลดลงถึง ±20% หรือล้มเหลวโดยสิ้นเชิงเมื่อสภาพของไลเนอร์แย่ลง เรื่องการตรวจสอบเป็นประจำ

Installation guide for plug-in ultrasonic flowmeters

ความเร็วอัลตราโซนิกผ่านตัวกลางใดๆ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ของเหลวที่ร้อนกว่าหมายถึงการแพร่กระจายของเสียงที่เร็วขึ้น (ปกติ) มิเตอร์จะชดเชยทางคณิตศาสตร์ แต่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่รุนแรงในระหว่างการวัดอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาด-อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะคำนวณตามอุณหภูมิปัจจุบัน ขณะที่ชีพจรเสียงเดินทางผ่านของเหลวที่อาจเปลี่ยนแปลงไปชั่วขณะ

มิเตอร์สมัยใหม่ส่วนใหญ่จัดการเรื่องนี้ได้ดี อย่างไรก็ตาม หากกระบวนการของคุณเกี่ยวข้องกับการหมุนเวียนความร้อนอย่างรวดเร็ว ให้แจ้งผู้ขายก่อนซื้อ แทนที่จะค้นหาปัญหาระหว่างการทดสอบเดินเครื่อง

การสั่นสะเทือนก่อให้เกิดความท้าทายที่คล้ายกัน เครื่องจักรหนักในบริเวณใกล้เคียงอาจทำให้ทรานสดิวเซอร์หลุดออกจากการเชื่อมต่อทางเสียงได้ การติดตั้งที่เหมาะสมจะแก้ไขปัญหานี้ แต่ "การติดตั้งที่เหมาะสม" มีความหมายที่แตกต่างกันสำหรับผู้ติดตั้งที่แตกต่างกัน การยึดติดทางกลที่ปลอดภัยบวกกับการใช้สารประกอบข้อต่อขนาดใหญ่ที่ใช้อย่างถูกต้องเหนือกว่าการออกแบบฉากยึดแฟนซีทุกครั้ง

สิ่งนี้ทำให้ผู้คนไม่ระวัง เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอุลตร้าโซนิคต้องใช้ท่อแบบเต็มท่อ เส้นที่เติมบางส่วน-ตามแรงโน้มถ่วงทั่วไป-ระบบป้อนหรือท่อขนาดใหญ่-ให้การอ่านที่ไม่มีความหมาย มิเตอร์จะถือว่าของเหลวเต็มพื้นที่ตัดขวาง-ทั้งหมดเมื่อคำนวณการไหลเชิงปริมาตรจากความเร็ว หากท่อมีของเหลวเพียงครึ่งเดียว การไหลจริงของคุณก็จะเท่ากับครึ่งหนึ่งของที่หน้าจอแสดง

ผู้ผลิตบางรายเสนอการกำหนดค่าพิเศษสำหรับท่อเต็มบางส่วน แต่สิ่งเหล่านี้เพิ่มต้นทุนและความซับซ้อน ติดตั้งง่ายกว่าในกรณีที่รับประกันสภาพท่อเต็ม หรือยอมรับว่าจุดตรวจวัดบางจุดไม่เหมาะสำหรับเทคโนโลยีอัลตราโซนิก

ต่างจากเทคโนโลยีการไหลอื่นๆ มิเตอร์อัลตราโซนิกสามารถวัดขนาดได้ดีมาก หลักการพื้นฐานเดียวกันนี้ใช้ได้กับท่อขนาดครึ่ง-นิ้วไปจนถึงท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายเมตร แท่นขุดเจาะน้ำมันนอกชายฝั่งใช้เครื่องวัดอุลตร้าโซนิคบนสายส่งน้ำมันดิบขนาดใหญ่ โรงงานผลิตยาใช้สารเหล่านี้กับกระบวนการขนาดเล็ก ขนาดทรานสดิวเซอร์ต่างกัน การกำหนดค่าการติดตั้งต่างกัน ฟิสิกส์เดียวกัน

กลุ่มผลิตภัณฑ์นี้ทำให้อัลตราโซนิกเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับโรงงานที่มีขนาดท่อที่หลากหลาย การฝึกอบรมทีมงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีเดียวเอาชนะการรักษาความเชี่ยวชาญในเครื่องวัดห้าประเภทที่แตกต่างกัน

น้ำมันและก๊าซครองตลาดอัลตราโซนิค โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการโอนการดูแล-การวัดผลที่มีเดิมพันสูง- ซึ่งเงินจะเปลี่ยนมือตามจำนวนผลิตภัณฑ์ที่เคลื่อนผ่านท่อ เครื่องวัดเวลา-การผ่านเส้นทาง-แบบหลายเส้นทางพร้อมทรานสดิวเซอร์ 4, 6 หรือ 8 คู่ให้ความแม่นยำที่ต้องการในการใช้งาน

โรงบำบัดน้ำและน้ำเสียต้องพึ่งพาประเภท Doppler เป็นอย่างมากสำหรับท่อตะกอนและการตรวจติดตามอิทธิพล กระบวนการทางเคมีใช้ทั้งสองประเภทขึ้นอยู่กับลักษณะของของไหล ระบบ HVAC ใช้สำหรับการตรวจสอบน้ำเย็นและน้ำร้อน การใช้งานด้านอาหารและเครื่องดื่มนิยมใช้แคลมป์-กับการออกแบบที่หลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการปนเปื้อน

การทำเหมืองแร่จะดันมิเตอร์ Doppler อย่างแรง โดยตรวจวัดสารละลายที่มีอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ซึ่งจะทำลายเซ็นเซอร์ที่รบกวนภายในไม่กี่สัปดาห์ มิเตอร์รอดได้เพราะไม่เคยสัมผัสของเหลว ไม่มีพื้นผิวสึกหรอ ไม่มีอะไหล่ทดแทน มีเพียงทรานสดิวเซอร์ที่นั่งอย่างสงบสุขบนด้านนอกของท่อในขณะที่มีสารฆาตกรรมไหลอยู่ข้างใน

สื่อการตลาดชอบอ้างว่า "ไม่ต้องบำรุงรักษา" นั่นเป็นแง่ดี แม่นยำยิ่งขึ้น: ข้อกำหนดในการบำรุงรักษามีน้อยเมื่อเทียบกับมิเตอร์แบบกลไก

ทรานสดิวเซอร์ต้องมีการตรวจสอบเป็นระยะ สารประกอบข้อต่อแห้งและต้องการความสดชื่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีการเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาและได้รับประโยชน์จากการตรวจสอบเทียบกับมาตรฐานอ้างอิง เฟิร์มแวร์อัพเดตแก้ไขจุดบกพร่องหรือปรับปรุงอัลกอริธึม แบตเตอรี่ในอุปกรณ์พกพาหมด

ทั้งหมดนี้จะไม่กระทบต่อภาระการบำรุงรักษามิเตอร์ดิสเพลสเมนต์เชิงบวกที่มีส่วนประกอบที่หมุนอยู่ หรือมิเตอร์กังหันที่มีลูกปืนซึ่งในที่สุดจะพัง หรือมิเตอร์น้ำวนที่มีแท่งเชดเดอร์ที่กัดกร่อน แต่ "ขั้นต่ำ" ไม่ใช่ "ศูนย์" งบประมาณตามนั้น

เรียนรู้เพิ่มเติม

Portable ultrasonic flowmeter performance characteristics

ราคาซื้อเริ่มแรกสูงกว่ามิเตอร์เชิงกลพื้นฐาน ต่ำกว่าโบลิทาร์ปลายสูง- หรือการออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน แคลมป์-ในการติดตั้งช่วยลดต้นทุนการใช้งานทั้งหมดเมื่อเปรียบเทียบกับทางเลือกแบบอินไลน์ที่ต้องมีการปรับเปลี่ยนท่อ

เศรษฐศาสตร์ระยะยาว-มักจะชอบอัลตราโซนิก การไม่มีแรงดันตกหมายความว่าไม่มีการสูญเสียพลังงานในการผลักของเหลวผ่านข้อจำกัดการไหล การไม่มีชิ้นส่วนที่เปียกหมายความว่าไม่มีค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยน-ที่เกี่ยวข้องกับการกัดกร่อน การพกพาหมายถึงหนึ่งเมตรให้บริการได้หลายแห่ง ข้อดีเหล่านี้มีมากกว่าต้นทุนล่วงหน้าที่สูงขึ้นหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะของคุณ อายุการใช้งานที่คาดไว้ และมูลค่าที่คุณไม่ตัดเป็นท่อ

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิกแสดงถึงความฉลาดทางวิศวกรรมอย่างแท้จริง-ในการวัดบางสิ่งที่ใช้งานได้จริงพอๆ กับความเร็วของของเหลว โดยใช้สิ่งที่เป็นนามธรรม เช่น การเปลี่ยนความถี่ในคลื่นเสียงที่ไม่ได้ยิน เทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาอย่างมากนับตั้งแต่มีการใช้งานเชิงพาณิชย์ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 และยังคงปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากการประมวลผลสัญญาณมีความชาญฉลาดมากขึ้น และการออกแบบทรานสดิวเซอร์ก็พัฒนาขึ้น

มันไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาที่เป็นสากล ของเหลวสะอาดแบบเติมอากาศสร้างความสับสนให้กับมิเตอร์ดอปเปลอร์ อนุภาคจำนวนมาก-ภาระลำธารขัดขวางการออกแบบเวลาขนส่ง- ท่อเรียงรายทำให้เกิดปัญหา ท่อที่เติมบางส่วนทำให้เกิดปัญหาใหญ่ขึ้น ทุกเทคโนโลยีย่อมมีจุดบอด

แต่สำหรับการใช้งานที่เหมาะสม-และมีเครื่องวัดอัลตราโซนิกจำนวนมาก-ที่นำเสนอการผสมผสานระหว่างความแม่นยำ -การไม่รุกราน และความน่าเชื่อถือที่เทคโนโลยีทางเลือกอื่นๆ ต่อสู้ดิ้นรนเพื่อให้เข้ากัน ฟิสิกส์ไซเรนรถพยาบาลที่ดูเหมือนเรื่องไม่สำคัญก่อนหน้านี้? ปรากฎว่ามันมีมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ต่อปี ในด้านเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม Christian Doppler อาจจะพบว่าเป็นเรื่องน่าขบขัน