Bir otoyolun yakınında durduysanız ve bir ambulans sireninin size doğru koşarken nasıl daha yüksek ses çıkardığını, sonra hızlandıkça neredeyse kederli bir sese dönüştüğünü fark ettiyseniz-tebrikler, sizi rahatsız eden aynı fiziği deneyimlediniz.ultrasonik akış ölçersopa. Çoğu insan o anı iki kez düşünmez. Mühendisler yaptı.
Ultrasonik akış ölçer, ses dalgalarını borudan yansıtarak sıvının borudan ne kadar hızlı hareket ettiğini ölçer. Hareketli parça yok. Sıvıyla doğrudan temas yok. Ses, sesin-gezmesi, sıçraması, değişmesi gibi hareket ediyor. Teknoloji tam olarak yeni değil ama son birkaç on yılda onu nasıl geliştirdik? İşlerin ilginçleştiği yer burası.
Kimsenin Duymadığı Ses
Ultrasonikle ilgili şey şu:{0}}kelimenin tam anlamıyla "ses ötesi" anlamına geliyor. İnsan kulağının algılayabileceğinin çok ötesinde, 20 kHz'in üzerindeki frekanslardan bahsediyoruz. Köpekler canlanabilir ama hiçbir şey duymazsınız. Sayaç bu görünmez akustik darbeleri boruya gönderir ve daha sonra ne olacağına bağlı olarak akış okumanızı alırsınız.
İki ana yaklaşım mevcuttur. Doppler türleri ve geçiş-zaman türleri. Aynı ultrasonik DNA'yı paylaşmalarına rağmen temelde farklı hayvanlardır ve uygulamanız için yanlış olanı seçmek, satıcıların kabul etmekten daha sık meydana gelen kolay bir hatadır.
Doppler Versiyonunun Neden Kirli Sıvıya İhtiyacı Var?
Doppler ultrasonik ölçüm cihazları, sesin geri yansıtılması için sıvıda bir şeyin bulunmasını gerektirir. Parçacıklar. Kabarcıklar. Mühendislerin "akustik süreksizlikler" dediği şeyi yaratan her şey. Onlar olmadan hiçbir şeyiniz olmaz-sinyal ışığın camdan geçmesi gibi geçer.
Bu, Doppler ölçüm cihazlarını atık su, bulamaçlar ve yaklaşık milyonda 100 parçanın üzerinde askıda katı madde içeren her şey için mükemmel kılar. Minimum parçacık boyutu? Yaklaşık 100 mikron, ver ya da al. Bundan daha küçük olduğunda yansıma güvenilmez hale gelir. Metre, yansıtılan frekansın iletilen frekansa göre ne kadar değiştiğine bağlı olarak hızı hesaplar. Daha yüksek akış, daha büyük değişim anlamına gelir. Teorik olarak yeterince basit.
Ancak insanları şaşırtan şey şu: Sayaç sıvının kendisini değil, bu parçacıkların hızını ölçüyor. Genellikle bu iyi bir şeydir-partiküller akışla birlikte hareket eder. Oldukça çalkantılı koşullarda veya katmanlı akışlarda, makul görünen ancak tam olarak doğru olmayan okumalar alabilirsiniz. Bilmeye değer.
Transit-Süresi: Temiz Sıvı Seçimi
Transit{0}}süre ölçerler farklı şekilde çalışır. İki dönüştürücü boru boyunca birbirine bakar. Biri aşağı yönde bir darbe gönderir, diğeri ise yukarı yönde bir darbe gönderir. Durgun sıvıda her iki darbe de aynı anda gelir. Akışı da eklerseniz, aşağı yöndeki darbe daha hızlı ulaşır çünkü akıntıyı sürdürürken yukarı yöndeki darbe ona karşı savaşır.
Bu iki geliş arasındaki saat farkı? Bu sizin akış hızınızdır.
Parçacıklara gerek yok. Aslında parçacıklar durumu daha da kötüleştirir-sinyali dağıtırlar ve doğruluğu azaltırlar. Transit-zaman sayaçları temiz sıvılar ister. Su. Yağlar. Bazı kimyasallar. Ne kadar temiz olursa o kadar iyi.
Doğruluk, ideal koşullarda okumanın ±%0,5'ine ulaşabilir; bu,-invazif olmayan bir ölçüm için gerçekten etkileyicidir. Gerçek-dünya kurulumları genellikle boru durumuna, akışkan özelliklerine, kurulum kalitesine ve ders kitabı örneklerinin rahatlıkla göz ardı ettiği tüm değişkenlere bağlı olarak %1-3 arasında bir yere iner.
Kelepçe-Kurulumda (Ve Neden Herkes Onu Seviyor)
Çoğu ultrasonik ölçüm cihazı doğrudan mevcut borulara kelepçelenir. Sondaj yok. Kapatma yok. Bakım sorumlusunun yakınında küçük bir kalp krizi varken basınçlı hatlarda kesinti yapılmaz.
Akustik bağlantı bileşiğini-temel olarak ultrasonik gres-uygularsınız-dönüştürücüleri borunun dışına bağlarsınız, parametrelerinizi yapılandırırsınız ve akışı ölçersiniz. Tüm süreç iyi bir günde belki bir saat sürer. Bunu, drenaj hatları, boruların kesilmesi, flanşların kaynaklanması, basınç testi gerektiren bir delik plakası veya türbin ölçerin kurulumuyla karşılaştırın... buna yakın bile değil.
Taşınabilirlik, kimsenin yeterince bahsetmediği bir başka avantajdır. Metre üzerindeki aynı kelepçe-düzinelerce ölçüm noktası arasında hareket edebilir. 30 ayrı cihaz satın almadan tüm tesisin akış dağıtımını denetlemek mi istiyorsunuz? Bu gerçekten tasarruf edilen paradır.
Boru Duvarı Sorunu
Hiçbir şey mükemmel değil. Ultrasonik sinyaller boru duvarından içeri girerken ve dışarı çıkarken-iki kez geçmelidir. Her duvar malzemesi sinyali farklı şekilde etkiler.
Paslanmaz çelik, ultrasonu verimli, bazen de çok verimli bir şekilde iletir. Sinyal, boru duvarı boyunca sıvıdan daha hızlı ilerleyebilir ve elektronik aksamın kafasını karıştıran karışma yaratabilir. Karbon çeliği daha iyi davranır. Plastik borular oldukça iyi çalışır ancak farklı dönüştürücü konfigürasyonları gerektirir. Beton-kaplı borular mı? Bakır? Fiberglas-güçlendirilmiş malzemeler mi? Her biri "zor ama yönetilebilir"den "başka bir teknoloji bulmaya" kadar değişen zorluklar sunuyor.
Boru kaplamaları özellikle sorunludur. Korozyona karşı koruyan kauçuk kaplama mı? Ultrasonik sinyalinizi tamamen emebilir. Bozulmuş bir astar ile boru duvarı arasındaki hava boşluğu? Daha da kötüsü. Bazı kurulumlar, astar koşulları kötüleştiğinde doğruluğun ±%20'ye düştüğünü veya tamamen başarısız olduğunu bildirmektedir. Düzenli denetim önemlidir.
Sıcaklık Değişimleri ve Diğer Baş Ağrıları
Herhangi bir ortamdaki ultrasonik hız sıcaklığa bağlıdır. Daha sıcak sıvı, sesin daha hızlı yayılması anlamına gelir (genellikle). Ölçüm cihazı bunu matematiksel olarak telafi eder, ancak ölçüm sırasındaki aşırı sıcaklık dalgalanmaları hatalara neden olabilir-akustik darbe sıvı içinde ilerlerken elektronik sistem mevcut sıcaklığa göre hesaplama yapar ve bu durum an be an değişebilir.
Çoğu modern sayaç bunu iyi bir şekilde halleder. Yine de prosesiniz hızlı termal döngüyü içeriyorsa, devreye alma sırasında sorunları keşfetmek yerine satın almadan önce bunu satıcıya bildirin.
Titreşim de benzer zorluklara neden olur. Yakındaki ağır makineler transdüserleri akustik bağlantıdan kurtarabilir. Doğru montaj bu sorunu çözer ancak "doğru montaj" farklı montajcılar için farklı anlamlara gelir. Güvenli mekanik bağlantı ve doğru şekilde uygulanan cömert bağlantı bileşiği, her zaman gösterişli braket tasarımlarını geride bırakır.
Tam Boru Gereksinimi
Bu, insanları hazırlıksız yakalıyor. Ultrasonik debimetreler tamamen dolu borular gerektirir. Kısmen doldurulmuş çizgiler-yerçekimi beslemeli sistemlerde-ya da aşırı büyük borularda-ortaktır,anlamsız okumalar verir. Sayaç, hızdan hacimsel akışı hesaplarken sıvının tüm kesiti- doldurduğunu varsayar. Borunun yalnızca yarısı sıvı içeriyorsa gerçek akışınız ekranda gösterilenin yarısı kadar olur.
Bazı üreticiler kısmen dolu borular için özel konfigürasyonlar sunar ancak bunlar maliyeti ve karmaşıklığı artırır. Dolu boru koşullarının garanti edildiği veya belirli ölçüm noktalarının ultrasonik teknoloji için uygun olmadığı durumlarda kurulumu daha kolaydır.
Beden Esnekliği
Birçok akış teknolojisinin aksine, ultrasonik ölçüm cihazları son derece iyi ölçeklenir. Aynı temel prensip, yarım-inçlik borulardan birkaç metre çapındaki boru hatlarına kadar geçerlidir. Açık denizdeki petrol platformları, büyük ham petrol transfer hatlarında ultrasonik sayaçlar kullanıyor. İlaç fabrikaları bunları küçük proses akışlarında kullanır. Farklı dönüştürücü boyutları, farklı montaj konfigürasyonları, aynı fizik.
Bu seri, ultrasoniği farklı boru boyutlarına sahip tesisler için cazip bir seçenek haline getirmektedir. Ekipleri tek bir teknoloji konusunda eğitmek, beş farklı sayaç türünde uzmanlığı sürdürmekten üstündür.
Aslında Nerede Kullanılıyorlar
Petrol ve gaz, özellikle de bir borudan ne kadar ürünün geçtiğine bağlı olarak paranın el değiştirdiği-yüksek-riskli ölçümler için velayet transferi açısından ultrasonik pazara hakimdir. Dört, altı veya sekiz dönüştürücü çiftine sahip çok-yollu geçiş-zaman ölçerler, bu uygulamaların talep ettiği hassasiyeti sağlar.
Su ve atık su arıtma tesisleri, çamur hatları ve atık suların izlenmesi için ağırlıklı olarak Doppler türlerine güvenmektedir. Kimyasal işleme, akışkan özelliklerine bağlı olarak her iki türü de kullanır. HVAC sistemleri bunları soğutulmuş ve sıcak su izleme için kullanır. Yiyecek ve içecek uygulamaları, kontaminasyon riskini önleyen tasarımların- kelepçelenmesini tercih eder.
Madencilik operasyonları, herhangi bir izinsiz sensörü birkaç hafta içinde yok edebilecek aşındırıcı parçacıklar taşıyan ölçüm bulamaçlarını ölçerek Doppler ölçüm cihazlarını sert bir şekilde zorluyor. Sayaçlar hayatta kalıyor çünkü sıvıya asla temas etmiyorlar. Aşınma yüzeyleri yok. Yedek parça yok. İçeriye ölümcül çamur akarken yalnızca dönüştürücüler borunun dış kısmında huzur içinde oturuyor.
Bakım Gerçeği
Pazarlama materyalleri "sıfır bakım" iddiasını seviyor. Bu iyimser. Daha doğru: bakım gereksinimleri mekanik sayaçlara kıyasla minimum düzeydedir.
Dönüştürücülerin periyodik muayeneye ihtiyacı vardır. Kaplin bileşiği kurur ve yenilenmesi gerekir. Elektronikler zamanla kayar ve referans standartlara göre doğrulamadan yararlanır. Ürün yazılımı güncellemeleri hataları giderir veya algoritmaları iyileştirir. Taşınabilir ünitelerdeki piller tükenir.
Bunların hiçbiri, dönen bileşenleri olan pozitif deplasmanlı ölçüm cihazlarının veya sonunda arızalanan yatakları olan türbin ölçüm cihazlarının veya aşındıran ayırıcı çubukları olan vorteks ölçüm cihazlarının bakım yüküne yaklaşamaz. Ancak "minimum", "sıfır" değildir. Bütçe buna göre.
Maliyet Konuları
İlk satın alma fiyatı, temel mekanik sayaçlardan daha yüksek, üst düzey Coriolis veya gelişmiş elektromanyetik tasarımlardan{0} daha düşük olur. Kurulum sırasında kelepçeleme-, boru tesisatı değişikliği gerektiren hat içi alternatiflerle karşılaştırıldığında toplam dağıtım maliyetini azaltır.
Uzun-vadeli ekonomi genellikle ultrasoniği tercih eder. Basınç düşüşü olmaması, sıvıyı akış kısıtlamasından iterek enerji israfının yaşanmaması anlamına gelir. Islanan parça olmaması, korozyonla-ilişkili değiştirme maliyetlerinin olmayacağı anlamına gelir. Taşınabilirlik, bir metrenin birden fazla konuma hizmet vermesi anlamına gelir. Bu avantajların yüksek ön maliyetten daha ağır basıp basmayacağı, özel durumunuza, beklenen hizmet ömrüne ve boruları kesmemeye ne kadar değer verdiğinize bağlıdır.
Son Düşünceler (Bir nevi)
Ultrasonik akış ölçerler, duyulamayan ses dalgalarındaki frekans değişimi gibi soyut bir şeyi kullanarak sıvı hızı gibi pratik bir şeyi-ölçen gerçek mühendislik zekasını temsil eder. Teknoloji, 1970'lerdeki ilk ticari dağıtımlardan bu yana önemli ölçüde olgunlaştı ve sinyal işleme daha akıllı hale geldikçe ve dönüştürücü tasarımları geliştikçe gelişmeye devam ediyor.
Bunlar evrensel çözümler değil. Havalandırılmış temiz sıvılar Doppler ölçüm cihazlarının kafasını karıştırır. Ağır parçacık-yüklü akışlar, geçiş-zaman tasarımlarını alt eder. Kaplamalı borular sorunlara neden olur. Kısmen dolu borular daha büyük sorunlara neden olur. Her teknolojinin kör noktaları vardır.
Ancak doğru uygulamalar için-ve çok sayıda-ultrasonik ölçüm cihazı, alternatif teknolojilerin yakalamakta zorlandığı doğruluk,-müdahalesizlik ve güvenilirlik kombinasyonunu sunar. Daha önce önemsiz gibi görünen ambulans sireni fiziği? Endüstriyel enstrümantasyonda yılda birkaç milyar dolar değerinde olduğu ortaya çıktı. Christian Doppler muhtemelen bunu eğlenceli bulacaktır.
