Ha valaha is autópálya közelében állt, és észrevette, hogy a mentőautó szirénája magasabban szól, ahogy feléd rohan, majd elszáguldva szinte gyászosra süllyed,{0}}gratulálunk, ugyanazt a fizikát tapasztalta, amiultrahangos áramlásmérős pipa. A legtöbb ember nem gondol kétszer arra a pillanatra. A mérnökök megtették.
Az ultrahangos áramlásmérő azt méri, hogy a folyadék milyen gyorsan halad át a csövön, a hanghullámok visszaverésével. Nincsenek mozgó alkatrészek. Nincs közvetlen érintkezés a folyadékkal. Csak a hang azt csinálja, amit a hangok-utaznak, ugrálnak, mozognak. A technológia pontosan nem új, de az, ahogyan az elmúlt évtizedekben finomítottuk? Innentől kezdenek érdekesek lenni a dolgok.
A hang, amit senki sem hall
Itt van az ultrahangról{0}}, ami szó szerint azt jelenti, hogy „a hangon túl”. 20 kHz feletti frekvenciákról beszélünk, amelyek jóval túlmutatnak azon, amit az emberi fül képes észlelni. A kutyák felpöröghetnek, de te nem hallasz semmit. A mérő ezeket a láthatatlan akusztikus impulzusokat küldi a csőbe, és attól függően, hogy mi történik ezután, megkapja az áramlási értéket.
Két fő megközelítés létezik. Doppler-típusok és{1}}szállítási időtípusok. Alapvetően különböző állatokról van szó, annak ellenére, hogy ugyanazt az ultrahangos DNS-t osztják meg, és a rossz állat kiválasztása egyszerű hiba, amely gyakrabban történik, mint ahogyan azt a gyártók beismerik.
Miért van szüksége a Doppler-verzióhoz piszkos folyadékra?
A Doppler ultrahangos mérőműszereknek szüksége van valamire a folyadékban, hogy visszaveri a hangot. Részecskék. Buborékok. Bármi, ami a mérnökök által "akusztikai folytonossági hiányosságokat" hoz létre. Nélkülük nincs semmi,{4}}a jel csak úgy áthalad, mint a fény az üvegen.
Ez teszi a Doppler-mérőket tökéletessé szennyvízhez, iszapokhoz, bármihez, amelyben a lebegőanyag-tartalom meghaladja a 100 ppm-et. Minimális szemcseméret? Körülbelül 100 mikron, adj vagy veszel. Ennél kisebb, és a tükrözés megbízhatatlanná válik. A mérő az alapján számítja ki a sebességet, hogy a visszavert frekvencia mennyire tolódik el a továbbítotthoz képest. A nagyobb áramlás nagyobb eltolódást jelent. Elméletileg elég egyszerű.
De itt van, ami megbotránkoztatja az embereket: a mérő a részecskék sebességét méri, nem magát a folyadékot. Általában finom,{1}}a részecskék az áramlással együtt mozognak. Erősen turbulens körülmények között vagy rétegzett áramlásokban azonban olyan értékeket kaphat, amelyek ésszerűnek tűnnek, de nem egészen helyesek. Érdemes tudni.
Szállítási idő-: a tiszta folyadék választása
A tranzit{0}}időmérők másként működnek. Két jelátalakító egymással szemben a csőben. Az egyik impulzust küld lefelé, a másik egyet felfelé. Még mindig folyadékban mindkét impulzus ugyanabban a pillanatban érkezik. Adjunk hozzá áramlást, és a lefelé irányuló impulzus gyorsabban érkezik, mert meglovagolja az áramot, míg a felfelé irányuló impulzus küzd ellene.
Mi az időkülönbség a két érkezés között? Ez az áramlási sebességed.
Nincs szükség részecskékre. Valójában a részecskék rontják a dolgokat,{1}}szórják a jelet és rontják a pontosságot. A tranzit-időmérők tiszta folyadékot kívánnak. Víz. Olajok. Bizonyos vegyszerek. Minél tisztább, annál jobb.
A pontosság ideális körülmények között elérheti a leolvasás ±0,5%-át, ami valóban lenyűgöző egy nem-invazív mérésnél. A valós-telepítések általában 1-3% közé esnek a cső állapotától, a folyadék tulajdonságaitól és a telepítés minőségétől függően – mindazok a változók, amelyeket a tankönyvi példák kényelmesen figyelmen kívül hagynak.
Szorító{0}}a telepítéskor (és miért szereti mindenki)
A legtöbb ultrahangos mérő közvetlenül a meglévő csövekre rögzíthető. Nincs fúrás. Nincs leállás. Nem szabad túlnyomásos vezetékekbe vágni, amíg a karbantartási felügyelőnek van egy kis szívesemény a közelben.
Ön akusztikus kapcsolóanyagot alkalmaz -alapvetően ultrahangos zsírral-, amely a jelátalakítókat a cső külső felületére rögzíti, konfigurálja a paramétereket, és méri az áramlást. Az egész folyamat egy jó napon egy órát vesz igénybe. Hasonlítsd össze egy nyílásos lemez vagy turbinamérő felszerelésével, amihez vízelvezető vezetékek, csővágás, karimák hegesztése, nyomáspróba szükséges... közel sincs.
A hordozhatóság egy másik előny, amelyről senki sem beszél eleget. Ugyanaz a szorító{1}}a mérőn több tucat mérési pont között mozoghat. Egy egész létesítmény áramláselosztásának auditálása 30 különálló műszer vásárlása nélkül? Ez valódi megtakarított pénz.
A csőfal probléma
Semmi sem tökéletes. Az ultrahangos jeleknek kétszer kell áthaladniuk a cső falán,{1}}egyszer bemennek, egyszer kijönnek. Minden fal anyaga másképp hat a jelre.
A rozsdamentes acél hatékonyan vezeti az ultrahangot, néha túl hatékonyan. A jel gyorsabban száguldozhat a cső falán, mint a folyadékon keresztül, ami áthallást okoz, ami megzavarja az elektronikát. A szénacél jobban viselkedik. A műanyag csövek meglehetősen jól működnek, de eltérő átalakító konfigurációkat igényelnek. Beton{4}}bevonatú csövek? Réz? Üvegszállal{5}}erősített anyagok? Mindegyik kihívást jelent a „trükkös, de kezelhető”-től a „másik technológia kereséséig”.
A csőburkolatok különösen problémásak. A korrózió ellen védő gumibevonat? Lehetséges, hogy teljesen elnyeli az ultrahang jelét. A légrés egy leromlott bélés és a csőfal között? Még rosszabb. Egyes telepítések szerint a pontosság ±20%-ra csökken, vagy teljesen meghibásodik, amikor a bélés állapota romlik. A rendszeres ellenőrzés fontos.
Hőmérséklet-ingadozás és egyéb fejfájás
Az ultrahang sebessége bármilyen közegben a hőmérséklettől függ. A forróbb folyadék gyorsabb hangterjedést jelent (általában). A mérő matematikailag kompenzál, de a mérés közbeni szélsőséges hőmérséklet-ingadozások hibákat okozhatnak,-hogy az elektronika az aktuális hőmérséklet alapján számítja ki, miközben az akusztikus impulzus áthalad a folyadékon, amely pillanatról pillanatra változik.
A legtöbb modern mérő jól kezeli ezt. Mégis, ha a folyamat gyors hőciklussal jár, vásárlás előtt említse meg az eladónak, ne pedig az üzembe helyezés során fedezze fel a problémákat.
A vibráció hasonló kihívásokat jelent. A közelben lévő nehézgépek felrázhatják a jelátalakítókat az akusztikus csatolástól. A megfelelő szerelés ezzel foglalkozik, de a „megfelelő szerelés” mást jelent a különböző telepítők számára. A biztonságos mechanikus rögzítés és a megfelelően felvitt bőséges tengelykapcsoló minden alkalommal felülmúlja a díszes tartókonzolokat.
Teljes csőkövetelmény
Ez váratlanul elkapja az embereket. Az ultrahangos áramlásmérők teljesen teli csöveket igényelnek. A részlegesen kitöltött vonalak-, amelyek gyakoriak a gravitációs-ellátó rendszerekben vagy a túlméretezett csővezetékekben- értelmetlen értékeket adnak. A mérő azt feltételezi, hogy a folyadék kitölti a teljes keresztmetszetet, amikor a térfogatáramot a sebességből számítja ki. Ha a csőnek csak a fele tartalmaz folyadékot, a tényleges áramlás a fele annak, amit a kijelző mutat.
Egyes gyártók speciális konfigurációkat kínálnak a részben teljes csövekhez, de ezek költséget és bonyolultságot növelnek. Könnyebb telepíteni, ahol a teljes csőviszonyok garantáltak, vagy elfogadja, hogy bizonyos mérési pontok egyszerűen nem alkalmasak ultrahangos technológiára.
Méretezési rugalmasság
Sok áramlási technológiával ellentétben az ultrahangos mérőműszerek rendkívül jól skálázhatók. Ugyanez az alapelv működik a fél-hüvelykes csövektől a több méter átmérőjű csővezetékekig. A tengeri olajfúró platformok ultrahangos mérőket használnak a hatalmas nyersanyag-átrakó vonalakon. A gyógyszergyárak apró folyamatáramokhoz használják őket. Különböző méretű jelátalakítók, különböző szerelési konfigurációk, ugyanaz a fizika.
Ez a tartomány vonzó opcióvá teszi az ultrahangot a különféle csőméretekkel rendelkező létesítmények számára. A személyzet egy technológián alapuló képzése felülmúlja az öt különböző típusú mérőműszerre vonatkozó szakértelem fenntartását.
Ahol valójában megszokják
Az olaj és a gáz uralja az ultrahangos piacot, különösen a letéti átruházásnál,-azoknál a nagy-téteknél, amikor a pénz attól függően cserél gazdát, hogy mennyi termék mozgott a csövön keresztül. A négy, hat vagy nyolc jelátalakítópárral rendelkező több-útvonalú-átmeneti időmérők elérik az alkalmazások által megkövetelt pontosságot.
A víz- és szennyvízkezelő létesítmények nagymértékben támaszkodnak a Doppler-típusokra az iszapvezetékek és a befolyó felügyelet terén. A kémiai feldolgozás a folyadék jellemzőitől függően mindkét típust alkalmazza. A HVAC-rendszerek hűtött és melegvíz-felügyeletre használják őket. Az élelmiszerekkel és italokkal kapcsolatos alkalmazások előnyben részesítik a szennyeződés kockázatát elkerülő-konstrukciókat.
A bányászati műveletek keményen nyomják a Doppler-mérőket, mérik a koptató részecskéket hordozó iszapokat, amelyek heteken belül tönkretennék a behatoló érzékelőket. A mérők túlélik, mert soha nem érintik a folyadékot. Nincsenek kopó felületek. Nincsenek cserealkatrészek. Csak a jelátalakítók békésen ülnek a cső külső oldalán, miközben gyilkos hígtrágya folyik befelé.
Karbantartási valóság
A marketinganyagok előszeretettel állítják a „zéró karbantartást”. Ez optimista. Pontosabb: a karbantartási igények minimálisak a mechanikus mérőkhöz képest.
A jelátalakítók rendszeres ellenőrzést igényelnek. A kötőanyag kiszárad és felfrissítést igényel. Az elektronika idővel sodródik, és hasznot húz a referencia szabványok szerinti ellenőrzésből. A firmware-frissítések kiküszöbölik a hibákat vagy javítják az algoritmusokat. A hordozható egységek akkumulátorai lemerültek.
Ezek egyike sem közelíti meg a forgó alkatrészeikkel rendelkező pozitív elmozdulású mérők, vagy a végül meghibásodó csapágyakkal rendelkező turbinás mérők, vagy az erodáló szórórudakkal rendelkező örvénymérők karbantartási terhét. De a „minimális” nem „nulla”. Költségvetés ennek megfelelően.
Költségmegfontolások
A kezdeti vételár magasabb, mint az alap mechanikus mérőké, alacsonyabb, mint a csúcskategóriás{0}}Coriolis vagy a kifinomult elektromágneses mérőké. A telepítési szorítás-levágja a teljes telepítési költséget a csővezeték módosítását igénylő soron belüli alternatívákhoz képest.
A hosszú távú{0}}gazdaságtan általában az ultrahangot részesíti előnyben. A nyomásesés hiánya azt jelenti, hogy nincs energiapazarlás a folyadék áramláskorlátozáson való átnyomásakor. A nedves részek hiánya azt jelenti, hogy nincsenek{3}}korrózióval kapcsolatos csereköltségek. A hordozhatóság azt jelenti, hogy egy méter több helyet is kiszolgál. Az, hogy ezek az előnyök meghaladják-e a magasabb előzetes költséget, az adott helyzettől, a várható élettartamtól és attól függ, hogy mennyire értékeli, ha nem vágja a csöveket.
Végső gondolatok (valahogy)
Az ultrahangos áramlásmérők valódi mérnöki okosságot képviselnek,{0}}olyan praktikus dolgot mérnek, mint a folyadéksebesség, oly elvont dolgok segítségével, mint a frekvenciaeltolás nem hallható hanghullámokban. A technológia jelentősen fejlődött az 1970-es években történt korai kereskedelmi bevezetések óta, és folyamatosan javul, ahogy a jelfeldolgozás egyre intelligensebb és a jelátalakítók kialakítása fejlődik.
Ezek nem univerzális megoldások. A levegőztetett tiszta folyadékok összezavarják a Doppler-mérőket. Az erősen részecskékkel-terhelt folyamok legyőzik a tranzitidő-tervet. A bélelt csövek problémákat okoznak. A részben feltöltött csövek nagyobb problémákat okoznak. Minden technológiának vannak holtterei.
De a megfelelő alkalmazásokhoz-és sok-ultrahangos mérőműszer a pontosság, a nem-invazivitás és a megbízhatóság kombinációját kínálja, amelyet az alternatív technológiák nehezen tudnak elérni. A mentősziréna fizikája, ami korábban apróságnak tűnt? Kiderült, hogy évente több milliárd dollárt ér az ipari műszerezés. Christian Doppler ezt valószínűleg mulatságosnak találná.
