Jei kada nors stovėjote šalia greitkelio ir pastebėjote, kaip greitosios pagalbos automobilio sirena skamba aukščiau, kai ji veržiasi link jūsų, o tada nukrenta į beveik liūdną,-sveikinu, jūs patyrėte tą pačią fiziką, kuri daroultragarsinis srauto matuokliss varnele. Daugelis žmonių apie tą akimirką negalvoja du kartus. Inžinieriai padarė.
Ultragarsinis srauto matuoklis matuoja, kaip greitai skystis juda vamzdžiu, atsimušdamas nuo jo garso bangas. Nėra judančių dalių. Nėra tiesioginio kontakto su skysčiu. Tiesiog garsas daro tai, ką garsas-keliauja, šokinėja, keičiasi. Technologija nėra visiškai nauja, bet tai, kaip mes ją patobulinome per pastaruosius kelis dešimtmečius? Štai čia viskas įdomūs.
Garsas, kurio niekas negirdi
Štai apie ultragarsą{0}}pažodžiui reiškia „ne tik garsas“. Mes kalbame apie dažnius, viršijančius 20 kHz, gerokai daugiau nei gali aptikti žmogaus ausis. Šunys gali atsipūsti, bet jūs nieko negirdėsite. Skaitiklis siunčia šiuos nematomus akustinius impulsus į vamzdį ir, priklausomai nuo to, kas nutiks toliau, gausite srauto rodmenis.
Yra du pagrindiniai metodai. Doplerio tipai ir tranzito{1}}laikų tipai. Tai iš esmės skirtingi gyvūnai, nepaisant to, kad turi tą pačią ultragarsinę DNR, o netinkamo jų pasirinkimas yra paprasta klaida, kuri nutinka dažniau, nei nori pripažinti pardavėjai.
Kodėl Doplerio versijai reikia nešvaraus skysčio
Doplerio ultragarsiniams matuokliams skystyje reikia kažko, kad atspindėtų garsą. Dalelės. Burbulai. Viskas, kas sukuria tai, ką inžinieriai vadina „akustiniais nenuoseklumais“. Be jų nieko neturėsite{4}}signalas tiesiog praeina kaip šviesa per stiklą.
Dėl to Doplerio matuokliai puikiai tinka nuotekoms, srutoms ir viskam, kuriame skendinčių kietųjų dalelių yra daugiau nei 100 milijonų dalių. Mažiausias dalelių dydis? Apie 100 mikronų, duok arba imk. Mažesnis už tai ir atspindys tampa nepatikimas. Matuoklis apskaičiuoja greitį pagal tai, kiek pasislenka atspindėtas dažnis, palyginti su tuo, kas buvo perduota. Didesnis srautas reiškia didesnį poslinkį. Pakankamai paprasta teoriškai.
Bet štai kas žmones suvilioja: matuoklis matuoja tų dalelių greitį, o ne patį skystį. Paprastai tai gerai,{1}}dalelės juda kartu su srautu. Tačiau esant labai audringoms sąlygoms arba sluoksniuotiems srautams, galite gauti rodmenis, kurie atrodo pagrįsti, bet nėra visiškai teisingi. Verta žinoti.
Tranzito-Laikas: švaraus skysčio pasirinkimas
Tranzito{0}}laiko matuokliai veikia kitaip. Du keitikliai nukreipti vienas į kitą per vamzdį. Vienas siunčia impulsą pasroviui, kitas siunčia prieš srovę. Dar skystyje abu impulsai ateina tuo pačiu metu. Pridėkite srautą ir pasroviui esantis impulsas pasieks greičiau, nes jis nukreipia srovę, o prieš srovę esantis impulsas kovoja su ja.
Laiko skirtumas tarp tų dviejų atvykimų? Tai jūsų srauto greitis.
Nereikia dalelių. Tiesą sakant, dalelės pablogina situaciją,{1}}jos išsklaido signalą ir pablogina tikslumą. Tranzito-laiko matuokliai nori švarių skysčių. Vanduo. Aliejai. Tam tikros cheminės medžiagos. Kuo švariau, tuo geriau.
Tikslumas gali siekti ±0,5 % skaitymo idealiomis sąlygomis, o tai tikrai įspūdinga atliekant neinvazinį matavimą. Realūs įrenginiai paprastai patenka tarp 1-3 %, atsižvelgiant į vamzdžio būklę, skysčio savybes, įrengimo kokybę – visus kintamuosius, į kuriuos vadovėlių pavyzdžiuose patogu nepaisyti.
Montavimo laikiklis{0}} (ir kodėl visiems tai patinka)
Dauguma ultragarsinių skaitiklių tvirtinami tiesiai ant esamų vamzdžių. Jokio gręžimo. Jokio išjungimo. Nepjaukite slėginių linijų, kol techninės priežiūros prižiūrėtojas netoliese turi nedidelį širdies įvykį.
Jūs užtepate akustinį sujungimo mišinį-pagrinde ultragarsiniu tepalu-pritvirtinate keitiklius prie vamzdžio išorės, sukonfigūruojate parametrus ir matuojate srautą. Visas procesas gerą dieną trunka gal valandą. Palyginkite tai su angos plokštės arba turbininės skaitiklio įrengimu, kuriam reikia nutekėjimo linijų, pjauti vamzdį, suvirinti flanšus, išbandyti slėgį... tai nė iš tolo.
Perkeliamumas yra dar vienas privalumas, apie kurį niekas pakankamai nekalba. Tas pats matuoklio spaustukas{1}}gali judėti tarp dešimčių matavimo taškų. Viso objekto srauto paskirstymo auditas nepirkdamas 30 atskirų priemonių? Tai tikri sutaupyti pinigai.
Vamzdžių sienos problema
Nieko nėra tobulo. Ultragarso signalai turi praeiti pro vamzdžio sienelę du kartus-vieną kartą įeinant, vieną kartą išeinant. Kiekviena sienų medžiaga skirtingai veikia signalą.
Nerūdijantis plienas ultragarsą atlieka efektyviai, kartais per efektyviai. Signalas gali skrieti palei vamzdžio sienelę greičiau nei per skystį, sukurdamas skersinį pokalbį, kuris supainioja elektroniką. Anglies plienas elgiasi geriau. Plastikiniai vamzdžiai veikia pakankamai gerai, tačiau jiems reikia skirtingų keitiklių konfigūracijų. Betoniniai{4}}vamzdžiai? Vario? stiklo pluoštu{5}}sustiprintos medžiagos? Kiekviename iš jų kyla iššūkių, pradedant nuo „keblių, bet valdomų“ iki „rasti kitą technologiją“.
Vamzdžių apmušalai yra ypač problemiški. Ta guminė danga, apsauganti nuo korozijos? Jis gali visiškai sugerti jūsų ultragarso signalą. Oro tarpas tarp sugedusio įdėklo ir vamzdžio sienelės? Dar blogiau. Kai kurie įrenginiai praneša, kad pablogėjus įdėklo sąlygoms, tikslumas sumažėja iki ±20 % arba visiškai sugenda. Reguliarus patikrinimas.
Temperatūros svyravimai ir kiti galvos skausmai
Ultragarso greitis per bet kurią terpę priklauso nuo temperatūros. Karštesnis skystis reiškia greitesnį garso sklidimą (dažniausiai). Matuoklis kompensuoja matematiškai, tačiau ekstremalūs temperatūros svyravimai matavimo metu gali sukelti klaidų,{2}}elektronika apskaičiuoja pagal esamą temperatūrą, o akustinis impulsas sklinda per skystį, kuris akimirksniu gali keistis.
Dauguma šiuolaikinių skaitiklių tai puikiai valdo. Vis dėlto, jei jūsų procesas apima greitą terminį ciklą, paminėkite apie tai pardavėjui prieš pirkdami, o ne atrasdami problemas paleidimo metu.
Vibracija kelia panašius iššūkius. Netoliese esanti sunkioji technika gali pakratyti keitiklius, kurie atsilaisvins nuo akustinės jungties. Tinkamas montavimas išsprendžia šią problemą, tačiau „tinkamas montavimas“ skirtingiems montuotojams reiškia skirtingus dalykus. Saugus mechaninis tvirtinimas ir tinkamai pritaikytas gausus sujungimo mišinys kiekvieną kartą pranoksta puošnų laikiklių dizainą.
Visas vamzdžio reikalavimas
Tai užklumpa žmones netikėtai. Ultragarsiniams srauto matuokliams reikia visiškai pilnų vamzdžių. Dalinai užpildytos linijos-dažnos gravitacijos-tiekimo sistemose arba per dideliuose vamzdynuose-pateikia beprasmius rodmenis. Skaičiuojant tūrinį srautą pagal greitį, skaitiklis daro prielaidą, kad skystis užpildo visą skerspjūvį. Jei tik pusėje vamzdžio yra skysčio, jūsų tikrasis srautas yra pusė ekrane rodomo srauto.
Kai kurie gamintojai siūlo specializuotas konfigūracijas iš dalies pilniems vamzdžiams, tačiau tai padidina išlaidas ir sudėtingumą. Lengviau montuoti ten, kur užtikrinamos visos vamzdžio sąlygos, arba sutikite, kad tam tikri matavimo taškai tiesiog netinka ultragarso technologijai.
Dydžių lankstumas
Skirtingai nuo daugelio srauto technologijų, ultragarsiniai skaitikliai puikiai išsidėsto. Tas pats pagrindinis principas veikia nuo pusės-colio vamzdžių iki kelių metrų skersmens vamzdynų. Jūros naftos platformose naudojami ultragarsiniai skaitikliai didžiulėse žalios naftos perdavimo linijose. Farmacijos gamyklos juos naudoja mažuose proceso srautuose. Skirtingi keitiklių dydžiai, skirtingos tvirtinimo konfigūracijos, ta pati fizika.
Dėl šio diapazono ultragarsas yra patrauklus pasirinkimas įrenginiams su įvairaus dydžio vamzdžiais. Įgulų mokymas naudojant vieną technologiją pranoksta penkių skirtingų tipų skaitiklių patirtį.
Kur jie iš tikrųjų pripranta
Nafta ir dujos dominuoja ultragarso rinkoje, ypač atliekant pasaugos perdavimą-tiems dideliems-statymams, kai pinigai keičia savininkus pagal tai, kiek produkto perkeliama vamzdžiu. Kelių-kelių tranzito{4}}laiko matuokliai su keturiomis, šešiomis arba aštuoniomis keitiklių poromis užtikrina tikslumą, kurio reikalauja programos.
Vandens ir nuotekų valymo įrenginiai labai priklauso nuo Doplerio tipų dumblo linijoms ir įtakų stebėjimui. Cheminiam apdorojimui naudojami abu tipai, priklausomai nuo skysčio savybių. ŠVOK sistemos naudoja jas vėsiam ir karštam vandeniui stebėti. Maistas ir gėrimai teikia pirmenybę spaustukams-, kad būtų išvengta užteršimo rizikos.
Kasybos operacijos stipriai stumia Doplerio matuoklius, matuoja srutas, kuriose yra abrazyvinių dalelių, kurios per kelias savaites sunaikintų bet kokį įsibrovusį jutiklį. Skaitikliai išlieka, nes jie niekada neliečia skysčio. Nėra susidėvėjusių paviršių. Jokių atsarginių dalių. Tiesiog keitikliai ramiai sėdi ant vamzdžio išorės, o viduje teka žudančios srutos.
Priežiūros realybė
Rinkodaros medžiagos mėgsta teigti, kad „nereikia priežiūros“. Tai optimistiška. Tiksliau: priežiūros reikalavimai yra minimalūs, palyginti su mechaniniais skaitikliais.
Keitiklius reikia periodiškai tikrinti. Jungiamasis mišinys išdžiūsta ir reikalauja atnaujinimo. Elektronika laikui bėgant dreifuoja ir gauna naudos iš patikrinimo pagal etaloninius standartus. Programinės įrangos naujiniai pašalina klaidas arba pagerina algoritmus. Nešiojamų įrenginių baterijos išsenka.
Nė vienas iš jų neprilygsta teigiamo darbinio tūrio skaitiklių su besisukančiais komponentais arba turbininių skaitiklių su guoliais, kurie galiausiai sugenda, arba sūkurinių skaitiklių su nutekėjimo strypais, kurie erozuoja, priežiūros naštos. Tačiau „minimalus“ nėra „nulis“. Atitinkamai biudžetas.
Išlaidų svarstymai
Pradinė pirkimo kaina yra didesnė nei įprastų mechaninių skaitiklių, mažesnė nei aukščiausios klasės „Coriolis“ ar sudėtingų elektromagnetinių skaitiklių. Diegimo prispaudimas-sumažina visas diegimo išlaidas, palyginti su įterptomis alternatyvomis, kurioms reikia keisti vamzdyną.
Ilgalaikė{0}}ekonomika dažniausiai teikia pirmenybę ultragarsui. Nėra slėgio kritimo reiškia, kad energija nėra švaistoma stumiant skystį per srauto apribojimą. Jei nėra sušlapusių dalių, nėra su korozija{3}}susijusių pakeitimo išlaidų. Perkeliamumas reiškia, kad vienas metras aptarnauja kelias vietas. Ar šie pranašumai nusveria didesnes išankstines išlaidas, priklauso nuo jūsų konkrečios situacijos, numatomo tarnavimo laiko ir nuo to, kiek vertinate nepjaustymą į vamzdžius.
Paskutinės mintys (tokios rūšies)
Ultragarsiniai srauto matuokliai yra tikras inžinerinis sumanumas-matuojant kažką tokio praktiško, kaip skysčio greitis, naudojant tokį abstraktų dalyką kaip dažnio poslinkis negirdimo garso bangose. Ši technologija labai subrendo nuo ankstyvo komercinio diegimo aštuntajame dešimtmetyje ir toliau tobulėja, kai signalo apdorojimas tampa išmanesnis ir keitiklių dizainas.
Jie nėra universalūs sprendimai. Gazuoti švarūs skysčiai painioja Doplerio matuoklius. Daug dalelių{2}}apkrauti srautai pažeidžia tranzito-laiką. Iškloti vamzdžiai sukelia problemų. Iš dalies užpildyti vamzdžiai sukelia didesnių problemų. Kiekviena technologija turi aklųjų taškų.
Tačiau tinkamoms programoms-ir daug{1}}ultragarsinių skaitiklių siūlo tikslumo, ne-invaziškumo ir patikimumo derinį, kurį alternatyvios technologijos stengiasi suderinti. Greitosios pagalbos sirenos fizika, kuri anksčiau atrodė smulkmena? Pasirodo, kad pramoniniai prietaisai kainuoja kelis milijardus dolerių kasmet. Kristianui Dopleriui tai tikriausiai būtų juokinga.
