Технологія ультразвукового витратоміра. Особливості застосування приладу

Ультразвуковий витратомір - це прилад, що вимірює витрату при реєстрації вплив потоку рідини на ультразвуковий промінь (або ультразвуковий імпульс).

1. Принцип роботи

За принципом виявлення сигналу ультразвукові витратоміри можна розділити на такі типи: метод вимірювання різниці швидкостей поширення (метод прямого вимірювання різниці часу, метод вимірювання різниці часу, метод вимірювання різниці фаз і метод вимірювання різниці частот), метод зсуву променя, метод Доплера, метод крос-кореляції, метод просторової фільтрації та закон шуму.

Ультразвуковий витратомір аналогічний будь-якому реєстратору, побудованому на технології ультразвуку. Оскільки проточний канал витратоміра не має жодних перешкод, цей прилад є не інтрузивним. Такий тип витратоміра дуже ефективний для вирішення складних завдань вимірювань. Цей прилад особливо актуальний при вимірі витрати трубопроводів великого діаметра. Такий тип витратомірів - один із швидко розвиваються.

Ультразвуковий витратомір використовує принцип вимірювання різниці часу передачі/прийому сигналу: Після того, як один датчик, закріплений на зовнішній стороні трубопроводу, передає сигнал через стінку труби, на якій він закріплений, далі через середовище вимірювань, потім через бік стінки труби, що напроти цього передавального датчика, сам сигнал приймається вже іншим датчиком другий датчик також передає сигнал, який приймається першим датчиком. Тобто має місце феномен обміну сигналами між двома датчиками. Через вплив витрати вимірюваного середовища між датчиками виникає різниця в часі Δt. Відповідно до розрахунку, співвідношення між витратою V

і різницею у часі Δt можна отримати: V=(C2/2L)×Δt, з чого вивести і точну величину витрати рідини за різні періоди часу (Q).

Згідно з вищевикладеними принципами, ультразвукові витратоміри можна розділити на дві категорії: ультразвукові витратоміри з тимчасовим зсувом (час-прогінні) та ультразвукові доплерівські витратоміри.

2. Переваги та ряд обмежень функціональності у ультразвукових витратомірів

1. Переваги

Ультразвуковий витратомір - це безконтактний із середовищем вимірювань прилад, здатний вимірювати як витрату стандартних рідин (типу: вода) у трубах великого діаметра, так і специфічних середовищ вимірювань, на яких складно встановити перетворювачі (датчики), тим самим розраховувати об'ємну та теплову витрату.

Точність вимірювань ультразвукового витратоміра дуже висока, і він не схильний до впливу різних параметрів вимірюваного середовища. Прилад особливо ефективний при вимірюванні витрати агресивних, непровідних, радіоактивних, легкозаймистих та вибухонебезпечних середовищ, для яких інші типи витратомірів неприйнятні.

2. Недоліки

Існуючі недоліки полягають головним чином у тому, що діапазон температур вимірюваних рідин обмежений термостійкістю алюмінієвого корпусу ультразвукового перетворювача та матеріалу сполучної муфти між перетворювачем і трубою, а опорні дані про швидкість поширення звуку вимірюваної рідини при високих температурах не завжди достовірні. В даний час в нашій країні (Китай) Витратоміри можуть застосовуватися тільки для вимірювання рідини при температурі нижче 200 °C.

Крім того, схема вимірювання ультразвукового витратоміра складніше, ніж у звичайного витратоміра. Це з тим, що швидкість потоку рідини при загальнопромислових вимірах часто становить кілька метрів на секунду, а швидкість поширення звукових хвиль у стандартних рідинах — близько 1500 м/с. Зміна швидкості вимірюваної рідини (витрати) призводить до найбільшої зміни швидкості звуку, яка також становить 10⁻⁴⁴ порядку. Якщо потрібна точність вимірювання швидкості потоку 1%, то точність вимірювання швидкості звуку повинна становити 10-5-10-6 порядків, тому для досягнення цієї мети потрібна повна вимірювальна схема. Саме тому максимально ефективне застосування Витратомірів можливе лише за умови швидкого розвитку технологій у цій галузі.

3. Склад ультразвукового витратоміра

Ультразвуковий витратомір складається з трьох частин: ультразвукового перетворювача, електронної схеми та системи відображення та накопичення витрати. Ультразвуковий перетворювач перетворює електричну енергію на ультразвукову і передає її вимірюваної рідини. Ультразвуковий сигнал, отриманий приймачем, посилюється електронною схемою і перетворюється на електричний сигнал, що є витратою для відображення на екрані приладу та підсумовування різних показників. Таким чином, реалізується розрахунок та візуальне відображення витрати.

За способом встановлення перетворювача ультразвукові витратоміри можна розділити на три категорії: ультразвукові витратоміри з накладними датчиками, вставні ультразвукові витратоміри (фланцевого кріплення, гвинтові) та ультразвукові трубопровідні витратоміри.

4, Особливості та функції

1. Унікальна технологія цифрової обробки сигналу забезпечує більш стабільний вимірювальний сигнал приладу, високу стійкість до перешкод і точність вимірювань.

2. Відсутність рухомих механічних деталей приводу запобігає пошкодженню приладу, не потребує обслуговування та забезпечує тривалий термін його служби.

3. Схема приладу більш оптимізована, реалізована високий рівень інтеграції, низьке енергоспоживання та висока надійність.

4. Високоточний стандартний вихідний сигнал, зручний інтерфейс "людина-машина", кілька вторинних вихідних сигналів через зовнішні інтерфейси.

5. Вимірювання малого діаметра труби за допомогою трубного перерізу економічно та зручно, а точність вимірювань висока.

5. Застосування ультразвукових витратомірів

Прилад широко використовується у нафтовій, хімічній, металургійній, електроенергетичній, водопровідно-каналізаційній та інших галузях промисловості. Завдяки безконтактному вимірюванню витратомір практично не схильний до впливу температури, тиску, в'язкості, щільності та інших параметрів рідини, що дозволяє вирішувати завдання, які складно вирішити за допомогою інших типів приладів. Є можливість вимірювання витрати у високо-корозійних, непровідних, радіоактивних, а також легкозаймистих та вибухонебезпечних середовищах.

https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/rashodomery-ultrazvukovye