Inzicht in ultrasone flowmeters en het werkingsprincipe bij waterstroommeting

Meting van het debiet omvat de bepaling van de hoeveelheid vloeistof die op een bepaald moment door een bepaald oppervlak van een vat stroomt. Zoals alle vormen van metingen, heeft het alledaagse toepassingen, variërend van het gebruik bij het bewaken van water- en gasverbruik voor het schatten van rekeningen tot meer kritische industriële toepassingen (bijv. Grootschalige menging van meerdere chemicaliën) waarbij de debietmeting een sleutelrol speelt bij het handhaven van de kwaliteit van het proces / product.

Om het debiet te bepalen, worden speciale soorten meters, zogenaamde flowmeters, gebruikt. Er zijn veel verschillende soorten debietmeters, vanwege de verschillende vereisten in debietmeting (lineair / niet-lineair, massa / volumetrische snelheid, enz.). De meters verschillen van elkaar op basis van verschillende factoren, waaronder; de meettechniek die ze toepassen, de specifieke stromingsparameters die ze volgen, het vloeistofvolume dat ze kunnen volgen en hun fysieke kenmerken om er maar een paar te noemen. De YFS201 is een populaire waterstroomsensor, die we eerder hebben gebruikt om de waterstroom te meten met Arduino en de berekende stroomsnelheid en het volume verspreid.

Enkele van de soorten / categorieën debietmeters omvatten; Turbine, Vortex, Thermische massa, Magnetisch, Ovaal tandwiel, Schoepenrad, Coriolis, Massastroom, Laag debiet en Ultrasone debietmeters die de focus van dit artikel vormen. Ultrasone flowmeters bieden een niet-invasieve, zeer betrouwbare manier om de hoeveelheid vloeistof te bepalen die door een vat stroomt en ze hebben toepassingen gevonden in verschillende industrieën, van olie en gas tot nutsbedrijven.

Voor dit artikel zullen we alles bekijken rondom de ultrasone stroommeter, hoe ze werken, voor- en nadelen.

De ultrasone stroommeter

Zoals de naam al aangeeft, is de ultrasone flowmeter, een van de meest gebruikte flowmeters, een niet-intrusief apparaat dat de volumestroom van vloeistof berekent door de snelheid ervan te meten met ultrasoon geluid. Het kan de vloeistofstroom meten in vrijwel elke vloeistof waar geluidsgolven kunnen worden overgedragen. Dit type debietmeter wordt meestal als "hybride" beschouwd omdat het ofwel het Doppler-principe of de transittijdmethode kan gebruiken om de stroming te meten. We zullen beide principes later in dit artikel bespreken. Houd er rekening mee dat deze flowmeters ook wel Doppler-flowmeter worden genoemd als ze werken volgens het dopplerprincipe.

De ultrasone flowmeters zijn het meest ideaal voor watertoepassingen waar een lage drukval, weinig onderhoud en chemische compatibiliteit vereist zijn. Ze werken over het algemeen niet met drinkwater of gedestilleerd water, maar zijn geschikt voor afvalwatertoepassingen of geleidende vuile vloeistoffen. Ze worden gebruikt met schurende en bijtende vloeistoffen, aangezien ze de vloeistofstroom door de pijpleidingen niet hinderen.

Werkingsprincipe van de ultrasone stroommeter

Ultrasone flowmeters gebruiken de principes van echo en variatie in de geluidssnelheid over verschillende media om de stroming te meten. De meters bevatten doorgaans twee ultrasone transducers waarvan de ene als zender en de andere als ontvanger fungeert. De twee transducers kunnen naast elkaar of onder een hoek van elkaar aan weerszijden van het vaartuig worden gemonteerd. De zendende transducer zendt geluidspulsen uit vanaf het oppervlak van de sensor naar de vloeistof en deze wordt ontvangen door de transducer die is aangewezen als de ontvanger. De tijd die de geluidspuls nodig heeft om van de zender naar de ontvanger te reizen, de zogenaamde transittijd, wordt vervolgens geschat en gebruikt bij het bepalen van de stroomsnelheid en andere parameters.

Voor de tweede configuratie, waarbij de zender en ontvanger naast elkaar zijn geplaatst, zendt de zender de geluidspuls uit terwijl de ontvanger de tijd controleert die nodig is om een ​​echo van de transmissie te ontvangen.

Ongeacht de sensorconfiguratie is de meting met looptijdverschil gebaseerd op het feit dat; geluidsgolven die zich voortplanten in de stromingsrichting van het medium bewegen sneller dan de golven die zich voortplanten tegen de stromingsrichting van het medium in. Het verschil in looptijd is dus recht evenredig met de stroomsnelheid van het medium en dit principe wordt gebruikt om het volume van gassen en vloeistoffen nauwkeurig te meten en ook om dichtheid en viscositeit af te leiden.

Hoewel de bovenstaande twee methoden zeer vaak worden gebruikt, gebruiken verschillende ultrasone flowmeters een aangepaste versie hiervan, gebaseerd op het type vloeistof en de uit te voeren meting. De onderstaande afbeelding van de ultrasone watermeter illustreert hoe de stroomopwaartse en stroomafwaartse transducers in een sensorbuis worden geplaatst, samen met enkele reflectoren voor een waterstroommeterontwerp. De daadwerkelijke hardware-instelling hiervan wordt ook getoond met beide transducers gemarkeerd.

Het debiet berekenen met behulp van ultrasone stromingssensoren

Om een ​​beter begrip te krijgen van de technische details hierachter, kunt u de onderstaande afbeelding bekijken met de eerste configuratie met de zender- (TA) en ontvanger- (TB) transducers onder een hoek tegenover elkaar gemonteerd;

Laat de tijd die een akoestische golf nodig heeft om van de zender naar de ontvanger te reizen, dat wil zeggen in de stroomrichting van het medium T _{A-B zijn}, en de tijd die nodig is om van de ontvangende transducer naar de zendende transducer te gaan, dat is tegen de stroomrichting T _{B –A in}.

Het verschil in de twee looptijden is recht evenredig met de gemiddelde stroomsnelheid, v _m van het medium dwz;

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

Aangezien de looptijd van het signaal de afstand is tussen de zendende transducer en de ontvangende zender gedeeld door de snelheid die het akoestische signaal nodig heeft om van de ene transducer naar de andere te gaan, hebben we

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

En;

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

Vergelijkingen 2 en 3 definiëren het debiet tussen transducer A stroomopwaarts en transducer B stroomafwaarts. waar;

v = stroomsnelheid van het medium, L = lengte van het akoestische pad, c = geluidssnelheid in het medium, en alpha "α" is de hoek ten opzichte van de buis waarbij het ultrasone geluid van de zender naar de ontvanger gaat.

Ervan uitgaande dat de geluidssnelheid in het medium constant is (dwz geen verandering in parameters zoals de dichtheid van vloeistof, temperatuur, enz.) Hebben we;

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

door de gemiddelde snelheid te vermenigvuldigen met het dwarsdoorsnedegebied van de buis, krijgen we het debiet, Q as;

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

Het dwarsdoorsnedegebied van de buis is constant voor een inline ultrasone stromingsmeter met de diameter D.De

implementatie van deze vergelijkingen zonder variabelen zoals dichtheid, temperatuur, druk, geluidssnelheid en andere door media / vloeistof gedefinieerde kenmerken, toont de redenen achter de veelzijdigheid en nauwkeurigheid van ultrasone flowmeters.

Voordelen / betekenis van ultrasone meters

De belangrijkste voordelen van ultrasone flowmeters moeten hun niet-invasieve aard zijn en hun vermogen om met elk type vloeistof te werken (aangezien dichtheid en geluidssnelheid in de vloeistoffen er niet toe doen). Diverse stoffen (inclusief chemicaliën, oplosmiddelen, oliën, enz.) Met verschillende eigenschappen worden elke dag getransporteerd en gedistribueerd door leidingsystemen met de noodzaak om hun stroom te bewaken. Het niet-invasieve karakter van ultrasone flowmeters maakt ze de goto-meters in situaties als deze. Daarom vinden ze toepassingen in verschillende industriële sectoren, van chemie-gerelateerde industrieën tot voedselverwerking, waterbehandeling en de olie- en gassector.

Nadelen

Het grootste nadeel van ultrasone flowmeters moet wel de prijs zijn. Vanwege de complexiteit van hun ontwerp zijn ultrasone flowmeters meestal duurder dan de mechanische of andere soorten meters, omdat ze meer inspanningen en componenten vereisen,

Naast de complexiteit en kosten van het ontwerp, vereisen ultrasone flowmeters ook een niveau van expertise bij installatie / hantering in vergelijking met de meeste andere soorten meters.

Top ultrasone flowmeters op de markt

Hoewel de markt voor wereldwijde ultrasone flowmeters tegen 2024 naar verwachting 2 miljard dollar zal bedragen, is de markt de afgelopen jaren sterk gegroeid dankzij de toepassingen ervan in tal van industrieën en de introductie van enkele nieuw verbeterde varianten. Veel fabrikanten hebben ultrasone flowmeters met geavanceerde technologie ontwikkeld om de nauwkeurigheid van de meting te verbeteren. Omdat deze meter geschikt is voor branchespecifieke oplossingen, wordt verwacht dat de nieuwste ontwikkelingen de markt tijdens de voorspellingsperioden zullen aandrijven. De beste ultrasone flowmeters op de markt zijn onder meer:

Sonic-View ultrasone flowmeters: De sonic-view, een van de beste oplossingen voor het meten van lage vloeistofstromen, werkt volgens het looptijdprincipe. De transducers zijn niet in contact met het medium en er zijn geen bewegende delen in de instrumenten. Onverslaanbare kenmerken zoals lage eigendomskosten, jarenlange onderhoudsvrije werking, beschermde transducers, een levenslange cyclus van robuuste meter en zijn ongevoelige aard tegen drukpieken en deeltjes, dragen er allemaal toe bij waarom de ultrasone flowmeter met sonische weergave een van de beste oplossingen in de metermarkt.

Shmeters ultrasone watermeters: onder verschillende buisstroomomstandigheden is deze ultrasone watermeter voor industriële en commerciële doeleinden in staat om ontwerpsectie-metingen te markeren met de hoogst mogelijke meetnauwkeurigheid. De meter werkt op batterijen en kan 10 jaar ononderbroken werken met slechts één batterij; het stroomverbruik is minder dan 0,5 mW. Het kan lang blijven werken zonder te worden beïnvloed door magnetische interferentie. Ondertussen is het zeer betrouwbaar en gevoelig, een stroomsnelheid van slechts 0,002 m / s kan snel worden gedetecteerd.

De Sitrans FS ultrasone flowmeters: ze leveren indrukwekkende prestaties voor een verscheidenheid aan gassen en vloeistoffen omdat ze onafhankelijk van temperatuur, viscositeit, geleidbaarheid, druk, dichtheid en onder de zwaarste omstandigheden kunnen werken. De Sitrans FS220 is trots op zichzelf als een best-in-class oplossing voor eenvoudige debietmetingen, aangezien de mogelijkheden eindeloos lijken.

Vooral bij toepassingen van consumentenkwaliteit worden ultrasone meters verbeterd door technologieën zoals LoRa waarmee gemeentelijke en aanverwante autoriteiten zaken als gas- en waterverbruik op afstand kunnen volgen. Door het lage energieverbruik van het communicatiemedium gaan deze meters meer dan 5 jaar mee op een enkele batterijlading, veel meer dan wat kan worden bereikt met mechanische meters.