Kui olete kunagi kiirtee lähedal seistes märganud, kuidas kiirabi sireen kostab kõrgemalt, kui see teie poole tormab, ja langeb eemaldudes peaaegu leinaks-Palju õnne, olete kogenud sama füüsikat, mis muudabultraheli voolumõõturs linnuke. Enamik inimesi ei mõtle sellele hetkele kaks korda. Insenerid tegid.
Ultraheli voolumõõtur mõõdab, kui kiiresti vedelik läbi toru liigub, põrgates sellest helilaineid. Pole liikuvaid osi. Puudub otsene kokkupuude vedelikuga. Lihtsalt heli teeb seda, mida heli-rändab, põrkab, nihkub. Tehnoloogia pole täpselt uus, aga see, kuidas me oleme seda viimastel aastakümnetel täiustanud? Seal lähevad asjad huvitavaks.
Heli, mida keegi ei kuule
Siin on asi ultraheli kohta,{0}}see tähendab sõna-sõnalt "peale heli". Me räägime sagedustest, mis on üle 20 kHz, mis on tunduvalt kaugemal kui inimkõrvad suudavad tuvastada. Koerad võivad virguda, kuid te ei kuule midagi. Arvesti saadab need nähtamatud akustilised impulsid torusse ja sõltuvalt sellest, mis edasi juhtub, saate oma voolunäidu.
On kaks peamist lähenemisviisi. Doppleri tüübid ja{1}}transpordiaja tüübid. Nad on põhimõtteliselt erinevad loomad, vaatamata samale ultraheli-DNA-le ja vale looma valimine rakenduse jaoks on lihtne viga, mida juhtub sagedamini, kui müüjad tunnistavad.
Miks Doppleri versioon vajab määrdunud vedelikku?
Doppleri ultrahelimõõturid vajavad heli tagasi peegeldamiseks vedelikus midagi. Osakesed. Mullid. Kõik, mis tekitab seda, mida insenerid nimetavad "akustilisteks katkestusteks". Ilma nendeta pole teil midagi,{4}}signaal lihtsalt läbib nagu valgus läbi klaasi.
See muudab Doppleri mõõturid ideaalseks reovee, suspensioonide ja muu jaoks, milles heljumi sisaldus on üle 100 miljondikosa. Minimaalne osakeste suurus? Umbes 100 mikronit, anna või võta. Sellest väiksem ja peegeldus muutub ebausaldusväärseks. Arvesti arvutab kiiruse selle põhjal, kui palju peegeldunud sagedus nihkub edastatuga võrreldes. Suurem vool tähendab suuremat nihet. Teoreetiliselt piisavalt lihtne.
Kuid siin on see, mis inimesi komistab: arvesti mõõdab nende osakeste kiirust, mitte vedelikku ennast. Tavaliselt on see peen,{1}}osakesed liiguvad koos vooluga. Väga turbulentsetes tingimustes või kihilistes vooludes võite saada näidud, mis tunduvad mõistlikud, kuid pole päris õiged. Tasub teada.
Transpordiaeg-: puhta vedeliku valik
Transpordi{0}}ajamõõturid töötavad erinevalt. Kaks andurit on üksteise vastas üle toru. Üks saadab impulsi allavoolu, teine vastuvoolu. Veel vedelikus saabuvad mõlemad impulsid samal hetkel. Lisage vool ja allavoolu impulss saabub kiiremini, kuna see juhib voolu, samal ajal kui ülesvoolu impulss võitleb selle vastu.
Ajavahe nende kahe saabumise vahel? See on teie voolukiirus.
Osakesi pole vaja. Tegelikult muudavad osakesed asja hullemaks,{1}}nad hajutavad signaali ja halvendavad täpsust. Transpordi-ajamõõturid tahavad puhtaid vedelikke. Vesi. Õlid. Teatud kemikaalid. Mida puhtam, seda parem.
Ideaalsetes tingimustes võib täpsus olla ±0,5% näidust, mis on mitteinvasiivse mõõtmise puhul tõeliselt muljetavaldav. Pärismaailma installatsioonid langevad tavaliselt 1-3% vahele, olenevalt toru seisukorrast, vedeliku omadustest ja paigalduskvaliteedist – kõiki muutujaid, mida õpikunäited mugavalt ignoreerivad.
Kinnitus{0}}paigaldamisel (ja miks see kõigile meeldib)
Enamik ultrahelimõõtureid kinnitatakse otse olemasolevate torude külge. Ei mingit puurimist. Ei mingit sulgemist. Surve all olevate liinide lõikamine ei toimu, kui hooldusjuhil on läheduses väike südamehaigus.
Rakendate akustilise ühendussegu-põhimõtteliselt ultrahelimääre-rihmad andurid toru välisküljele, konfigureerite parameetrid ja mõõdate voolu. Kogu protsess võtab heal päeval võib-olla tund aega. Võrrelge seda düüsiplaadi või turbiinimõõturi paigaldamisega, mis nõuab tühjendustorusid, toru lõikamist, äärikute keevitamist, rõhu testimist... see pole isegi lähedal.
Kaasaskantavus on veel üks eelis, millest keegi ei räägi piisavalt. Sama klamber-arvestil võib liikuda kümnete mõõtmispunktide vahel. Kas auditeerida kogu rajatise voolujaotust ilma 30 eraldi instrumenti ostmata? See on päris säästetud raha.
Toruseina probleem
Miski pole täiuslik. Ultraheli signaalid peavad läbima toru seina kaks korda,{1}}üks kord sisenevad, kord väljuvad. Iga seinamaterjal mõjutab signaali erinevalt.
Roostevaba teras juhib ultraheli tõhusalt, mõnikord liiga tõhusalt. Signaal võib kihutada piki toru seina kiiremini kui läbi vedeliku, tekitades elektroonika segadusse ajava läbirääkimise. Süsinikteras käitub paremini. Plasttorud töötavad suhteliselt hästi, kuid nõuavad erinevat anduri konfiguratsiooni. Betoonist-vooderdatud torud? Vask? Klaaskiuga{5}}tugevdatud materjalid? Igaüks neist pakub väljakutseid alates "keerulisest, kuid juhitavast" kuni "teise tehnoloogia leidmiseni".
Eriti problemaatilised on torude vooderdised. See kummikate, mis kaitseb korrosiooni eest? See võib teie ultraheli signaali täielikult neelata. Õhupilu lagunenud voodri ja toruseina vahel? Veelgi hullem. Mõned paigaldised teatavad, et voodri tingimuste halvenemisel langeb täpsus ±20%-ni või ebaõnnestub täielikult. Regulaarne ülevaatus on oluline.
Temperatuuri kõikumised ja muud peavalud
Ultraheli kiirus mis tahes keskkonnas sõltub temperatuurist. Kuumem vedelik tähendab kiiremat heli levikut (tavaliselt). Arvesti kompenseerib seda matemaatiliselt, kuid äärmuslikud temperatuurikõikumised mõõtmise ajal võivad põhjustada vigu,{2}}elektroonika arvutab hetketemperatuuri alusel, samal ajal kui akustiline impulss liigub läbi vedeliku, mis võib hetketi muutuda.
Enamik kaasaegseid arvestiid saavad sellega hästi hakkama. Siiski, kui teie protsess hõlmab kiiret termotsüklit, mainige seda enne ostmist müüjale, selle asemel, et avastada probleeme kasutuselevõtu ajal.
Vibratsioon esitab sarnaseid väljakutseid. Läheduses olevad rasked masinad võivad andurid akustilise ühenduse küljest lahti raputada. Õige paigaldus lahendab selle, kuid "õige paigaldus" tähendab erinevatele paigaldajatele erinevaid asju. Turvaline mehaaniline kinnitus ja korralikult rakendatud rikkalik ühendussegu ületab iga kord uhke kronsteini.
Toru täielik nõue
See tabab inimesi ootamatult. Ultraheli voolumõõturid nõuavad täiesti täis torusid. Osaliselt täidetud jooned-, mis on levinud gravitatsiooni-toitesüsteemides või liiga suurtes torustikes-, annavad mõttetud näidud. Arvesti eeldab, et vedelik täidab kogu ristlõike{6}}mahuvoolu arvutamisel kiirusest. Kui ainult pool torust sisaldab vedelikku, on teie tegelik vool pool sellest, mida ekraanil kuvatakse.
Mõned tootjad pakuvad osaliselt täistorude jaoks spetsiaalseid konfiguratsioone, kuid need lisavad kulusid ja keerukust. Lihtsam paigaldada, kui on tagatud täielikud torustikutingimused, või nõustuge sellega, et teatud mõõtepunktid lihtsalt ei sobi ultrahelitehnoloogia jaoks.
Suuruse paindlikkus
Erinevalt paljudest voolutehnoloogiatest skaleeruvad ultrahelimõõturid märkimisväärselt hästi. Sama aluspõhimõte töötab poole-tollistest torudest kuni mitmemeetrise läbimõõduga torujuhtmeteni. Avamere naftaplatvormid kasutavad ultrahelimõõtureid massiivsetel toornafta ülekandeliinidel. Farmaatsiatehased kasutavad neid väikestes protsessivoogudes. Erinevad anduri suurused, erinevad paigalduskonfiguratsioonid, sama füüsika.
See valik muudab ultraheli atraktiivseks võimaluseks erineva suurusega torustike jaoks. Meeskondade koolitamine ühe tehnoloogiaga ületab viie erineva arvestitüübi asjatundlikkuse säilitamise.
Kus nad tegelikult ära harjuvad
Nafta ja gaas domineerivad ultraheliturul, eriti hoidmisõiguse üleandmisel-nendel kõrgetel-panustel, kus raha vahetab omanikku selle järgi, kui palju toodet toru kaudu liikus. Nelja, kuue või kaheksa muunduripaariga mitme-transiidi{4}}ajamõõturid saavutavad täpsuse, mida need rakendused nõuavad.
Vee- ja reoveepuhastusseadmed sõltuvad mudaliinide ja sissevoolu jälgimise osas suuresti Doppleri tüüpidest. Keemilises töötlemises kasutatakse mõlemat tüüpi sõltuvalt vedeliku omadustest. HVAC-süsteemid kasutavad neid jahutatud ja sooja vee jälgimiseks. Toidu- ja joogirakendused eelistavad konstruktsioone, mis väldivad saastumise ohtu.
Kaevandustööd suruvad tugevalt Doppleri mõõturitele, mõõtes abrasiivseid osakesi sisaldavaid suspensioone, mis hävitavad iga pealetükkiva anduri nädalatega. Arvestid jäävad ellu, sest nad ei puuduta kunagi vedelikku. Puuduvad kulumispinnad. Varuosasid pole. Lihtsalt andurid istuvad rahulikult toru välisküljel, samal ajal kui sees voolab mõrvarlik läga.
Hooldusreaalsus
Turundusmaterjalidele meeldib väita, et hooldust pole vaja. See on optimistlik. Täpsemalt: hooldusnõuded on mehaaniliste arvestitega võrreldes minimaalsed.
Andurid vajavad perioodilist kontrolli. Ühendussegu kuivab ja vajab värskendamist. Elektroonika triivib aja jooksul ja saab kasu võrdlusstandarditega vastavusest. Püsivaravärskendused kõrvaldavad vead või täiustavad algoritme. Kaasaskantavate seadmete akud saavad tühjaks.
Ükski neist ei lähe kokku pöörlevate komponentidega positiivse nihkega arvestite või lõpuks rikkis olevate laagritega turbiinmõõturite või erodeerivate varrastega keerismõõturite hoolduskoormusele. Kuid "minimaalne" ei ole "null". Eelarve vastavalt.
Kulude kaalutlused
Esialgne ostuhind on kõrgem kui tavalistel mehaanilistel arvestitel, madalam kui kõrgekvaliteedilistel{0}}Coriolistel või keerukatel elektromagnetilistel arvestitel. Paigaldamise-kinnitus vähendab kasutuselevõtu kogukulusid võrreldes torustiku muutmist nõudvate sisemiste alternatiividega.
Pikaajaline{0}}majandus eelistab tavaliselt ultraheli. Rõhulanguse puudumine tähendab, et energiat ei raisata vedeliku surumisel läbi voolupiirangu. Kui osi pole märjaks saanud, pole{3}}korrosiooniga seotud asenduskulusid. Teisaldatavus tähendab, et üks meeter teenindab mitut asukohta. See, kas need eelised kaaluvad üles kõrgemad esialgsed kulud, sõltub teie konkreetsest olukorrast, eeldatavast kasutuseast ja sellest, kui palju te hindate torudesse lõikamata jätmist.
Viimased mõtted (omamoodi)
Ultraheli voolumõõturid esindavad tõelist tehnilist nutikust-, mõõtes midagi nii praktilist nagu vedeliku kiirust, kasutades midagi nii abstraktset nagu sageduse nihe kuulmatutes helilainetes. Tehnoloogia on märkimisväärselt arenenud alates 1970ndate algusest kommertskasutusest ja paraneb jätkuvalt, kui signaalitöötlus muutub targemaks ja andurite konstruktsioonid arenevad.
Need ei ole universaalsed lahendused. Gaseeritud puhtad vedelikud ajavad Doppleri mõõturid segadusse. Tugevalt osakestega-koormatud vood alistavad{3}}transiidiaja kujunduse. Vooderdatud torud põhjustavad probleeme. Suuremaid probleeme põhjustavad osaliselt täidetud torud. Igal tehnoloogial on pimealad.
Kuid õigete rakenduste jaoks-ja paljud-ultrahelimõõturid pakuvad kombinatsiooni täpsusest, mitteinvasiivsusest ja töökindlusest, millele alternatiivsetel tehnoloogiatel on raske vastata. Kiirabi sireeni füüsika, mis tundus varem tühiasi? Selgub, et selle väärtus on mitu miljardit dollarit aastas tööstuslike instrumentide osas. Christian Doppleri arvates oleks see ilmselt lõbus.
