Memahami meter aliran ultrasonik dan prinsipnya berfungsi dalam pengukuran aliran air

Pengukuran kadar aliran melibatkan penentuan kuantiti bendalir yang melalui kawasan permukaan kapal yang ditentukan pada waktu tertentu. Seperti semua bentuk pengukuran, ia memiliki aplikasi kehidupan sehari-hari mulai dari penggunaannya dalam memantau penggunaan air dan gas untuk anggaran anggaran hingga aplikasi industri yang lebih penting (misalnya pencampuran skala besar dari banyak bahan kimia) di mana pengukuran kadar aliran memainkan peranan penting dalam menjaga kualiti proses / produk.

Untuk menentukan kadar aliran, jenis meter khas yang disebut sebagai meter aliran digunakan. Terdapat banyak jenis Flowmeters, kerana pelbagai keperluan dalam pengukuran aliran (linier / tidak linier, kadar massa / volumetrik, dll). Meter berbeza antara satu sama lain berdasarkan faktor yang berbeza termasuk; teknik pengukuran yang mereka terapkan, parameter aliran tertentu yang mereka pantau, isi padu cecair yang dapat mereka lacak, dan sifat fizikal mereka untuk menyebutkan beberapa. YFS201 adalah sensor aliran air yang popular, yang sebelumnya kami gunakan untuk mengukur aliran air menggunakan Arduino dan mengira kadar aliran dan isipadu yang tersebar.

Beberapa jenis / kategori meter aliran merangkumi; Turbin, Vortex, Jisim termal, Magnetic, Oval gear, Paddlewheel, Coriolis, Mass flow, Low-flow, dan Ultrasonic flow meter yang menjadi fokus artikel ini. Ultrasonik Flow meter menyediakan kaedah yang tidak invasif dan sangat boleh dipercayai untuk menentukan jumlah cecair yang mengalir melalui kapal dan mereka telah menemui aplikasi di pelbagai industri dari minyak dan gas ke penyedia Utiliti.

Untuk artikel ini, kita akan melihat semua perkara di sekitar Ultrasonik Flow Meter, bagaimana ia berfungsi, kelebihan dan kekurangan.

Meter Aliran Ultrasonik

Seperti namanya, meter aliran ultrasonik, salah satu meter aliran yang banyak digunakan, adalah alat yang tidak mengganggu yang mengira aliran isipadu bendalir dengan mengukur halaju dengan ultrasound. Ia dapat mengukur aliran bendalir dalam hampir semua cecair di mana gelombang suara dapat menyebarkan. Jenis meter aliran ini biasanya dianggap sebagai "hibrida" kerana dapat menggunakan prinsip Doppler atau kaedah waktu transit untuk mengukur aliran, kita akan membincangkan kedua-dua prinsip tersebut dalam artikel ini. Perhatikan bahawa meter aliran ini juga disebut sebagai meter aliran Doppler jika beroperasi menggunakan prinsip doppler.

Meter aliran ultrasonik paling sesuai untuk aplikasi air di mana penurunan tekanan rendah, penyelenggaraan rendah, dan keserasian kimia diperlukan. Mereka biasanya tidak berfungsi dengan minum atau air suling tetapi sesuai untuk aplikasi air sisa atau cecair kotor yang konduktif. Mereka digunakan dengan cecair kasar dan karat kerana tidak menghalang cecair yang mengalir melalui saluran paip.

Prinsip kerja Ultrasonik Flow Meter

Meter aliran ultrasonik menggunakan prinsip gema, dan variasi dalam kelajuan suara merentasi medium yang berbeza untuk mengukur aliran. Meter biasanya mengandungi dua transduser ultrasonik dengan satu bertindak sebagai pemancar dan yang lain sebagai penerima. Kedua-dua transduser boleh dipasang secara bersebelahan atau pada sudut antara satu sama lain pada sisi kapal yang bertentangan. Transduser pemancar memancarkan denyutan suara dari permukaan sensor ke bendalir dan ia diterima oleh transduser yang ditetapkan sebagai penerima. Masa yang diperlukan untuk nadi suara bergerak dari pemancar ke penerima, yang dikenali sebagai waktu transit, kemudian dianggarkan dan digunakan dalam menentukan kadar aliran dan parameter lain.

Untuk konfigurasi kedua, dengan pemancar dan penerima diletakkan bersebelahan, pemancar memancarkan denyut suara sementara penerima memantau masa yang diperlukan untuk menerima gema transmisi.

Terlepas dari konfigurasi sensor, pengukuran dengan perbezaan waktu transit berdasarkan fakta bahawa; gelombang suara merambat ke arah aliran medium bergerak lebih cepat daripada gelombang yang merambat melawan arah aliran medium. Oleh itu, perbezaan dalam masa transit berkadar langsung dengan halaju aliran media dan prinsip ini digunakan untuk mengukur isipadu gas dan cecair dengan tepat dan juga untuk memperoleh ketumpatan dan kelikatan.

Walaupun dua kaedah di atas adalah kaedah yang sangat biasa digunakan, flowmeters ultrasonik yang berbeza menggunakan versi yang diubah, berdasarkan jenis cecair dan pengukuran yang harus dilakukan. Gambar meter air Ultrasonik di bawah menggambarkan bagaimana transduser hulu dan hilir diletakkan di dalam paip sensor bersama dengan beberapa reflektor untuk reka bentuk meter aliran air. Susunan perkakasan sebenar yang sama juga ditunjukkan dengan kedua-dua transduser yang ditandakan.

Mengira Kadar Aliran menggunakan Sensor Aliran Ultrasonik

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih jelas mengenai teknikal di sebalik ini, pertimbangkan gambar di bawah yang menampilkan konfigurasi pertama dengan transduser pemancar (TA) dan penerima (TB) yang dipasang pada sudut yang berlawanan satu sama lain;

Biarkan waktu yang diperlukan gelombang akustik untuk bergerak dari pemancar ke penerima, iaitu, dalam arah aliran media menjadi T _{A –B}, dan masa yang diperlukan untuk bergerak dari transduser penerima ke transduser pemancar, yang bertentangan dengan arah aliran T _{B –A}.

Perbezaan dalam dua masa transit berkadar langsung dengan halaju aliran purata, v _m medium iaitu;

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

Oleh kerana masa transit isyarat adalah jarak antara transduser pemancar dan pemancar penerima dibahagikan dengan halaju yang perlu dilalui oleh isyarat akustik dari satu transduser ke yang lain yang kita ada

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

Dan;

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

Persamaan 2 dan 3 menentukan kadar aliran antara transduser A ke hulu dan transduser B ke hilir. di mana;

v = halaju aliran media, L = panjang jalur akustik, c = halaju suara di medium, dan alpha "α" adalah sudut ke paip di mana bunyi ultrasonik bergerak dari pemancar ke penerima.

Dengan andaian halaju suara dalam medium adalah berterusan (iaitu tidak ada perubahan parameter seperti ketumpatan bendalir, suhu, dll) yang kita ada;

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

menggandakan halaju purata dengan luas keratan rentas paip, kita mendapat kadar aliran, Q sebagai;

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

Luas keratan rentas paip adalah tetap untuk meter aliran ultrasonik sebaris dengan diameter D.

Pelaksanaan persamaan ini tanpa pemboleh ubah seperti ketumpatan, suhu, tekanan, kelajuan bunyi, dan ciri media / cecair yang ditentukan lain, menunjukkan sebab-sebabnya di sebalik fleksibiliti dan ketepatan meter aliran ultrasonik.

Kelebihan / Kepentingan meter Ultrasonik

Kelebihan utama meter aliran ultrasonik adalah sifatnya yang tidak invasif dan kemampuan mereka untuk bekerja dengan sebarang jenis cecair (kerana ketumpatan dan kelajuan bunyi dalam bendalir tidak penting). Bahan yang pelbagai (termasuk bahan kimia, pelarut, minyak, dan lain-lain) dengan sifat yang berbeza diangkut dan diedarkan oleh sistem paip setiap hari dengan keperluan untuk memantau alirannya. Sifat aliran ultrasonik yang tidak invasif menjadikannya meter goto dalam situasi seperti ini. Inilah sebabnya mengapa mereka mencari aplikasi di berbagai sektor industri, dari industri yang berkaitan dengan kimia hingga pemprosesan makanan, rawatan air, dan sektor minyak dan gas.

Kekurangan

Kelemahan utama meter aliran ultrasonik adalah harganya. Kerana kerumitan reka bentuknya, meter aliran ultrasonik biasanya lebih mahal daripada meter mekanikal atau jenis lain, kerana memerlukan lebih banyak usaha dan komponen,

Selain kerumitan dan kos reka bentuk, flowmeters ultrasonik juga memerlukan tahap kepakaran dalam pemasangan / pengendalian berbanding dengan jenis meter yang lain.

Meter Aliran Ultrasonik Teratas di Pasaran

Walaupun pasaran untuk meter aliran ultrasonik global dijangka mencapai USD $ 2 Bilion pada tahun 2024, pasaran telah menyaksikan pertumbuhan yang kuat dalam beberapa tahun terakhir, berkat aplikasinya di banyak industri saat ini dan pengenalan beberapa varian yang baru diperbaiki. Banyak pengeluar telah mengembangkan meter aliran ultrasonik dengan teknologi canggih untuk meningkatkan ketepatan pengukuran. Oleh kerana meter ini memenuhi penyelesaian khusus industri, perkembangan terkini diharapkan dapat mendorong pasaran dalam jangka masa. Meter aliran ultrasonik teratas di pasaran termasuk:

Sonic-View Ultrasonic Flow Meters: Sonic-view, salah satu penyelesaian terbaik untuk mengukur aliran cecair rendah beroperasi berdasarkan prinsip masa transit. Transduser tidak bersentuhan dengan media dan tidak ada bahagian bergerak yang digunakan di dalam instrumen. Ciri yang tidak dapat dikalahkan seperti kos pemilikan yang rendah, operasi tanpa penyelenggaraan selama bertahun-tahun, transduser terlindung, kitaran sepanjang hayat meter yang kuat dan sifatnya yang tidak sensitif terhadap puncak tekanan dan zarah, semuanya menyumbang kepada mengapa meter aliran ultrasonik pandangan sonik adalah salah penyelesaian terbaik di pasaran meter.

Meter air ultrasonik Shmeters: Dalam pelbagai keadaan aliran paip, meter air ultrasonik ini untuk tujuan perindustrian dan komersial mampu menandakan ukuran bahagian reka bentuk dengan ketepatan pengukuran setinggi mungkin. Meter berkuasa bateri dan boleh berfungsi tanpa gangguan selama 10 tahun dengan hanya satu bateri; penggunaan kuasanya kurang daripada 0.5mW. Ia boleh terus bekerja lama tanpa dipengaruhi oleh gangguan magnet. Sementara itu, sangat dipercayai dan sensitif, halaju aliran serendah 0,002m / s dapat dikesan dengan cepat.

The Sitrans FS Ultrasonic Flow Meter: Mereka memberikan prestasi yang mengagumkan untuk pelbagai gas dan cecair kerana ia boleh beroperasi secara bebas dari suhu, kelikatan, kekonduksian, tekanan, ketumpatan dan dalam keadaan yang paling sukar. Sitrans FS220 membanggakan dirinya sebagai penyelesaian terbaik di kelas untuk langkah-langkah aliran langsung kerana kemungkinannya kelihatan tidak berkesudahan.

Khususnya dalam aplikasi pengguna, meter ultrasonik ditingkatkan dengan teknologi seperti LoRa yang membolehkan pihak berkuasa perbandaran dan yang berkaitan memantau perkara seperti penggunaan gas dan air dari jarak jauh. Sifat daya rendah media komunikasi membolehkan meter ini bertahan selama 5+ tahun dengan sekali pengisian bateri, jauh lebih banyak daripada apa yang dapat dicapai dengan menggunakan meter mekanikal.