ทำความเข้าใจเกี่ยวกับเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิคและหลักการทำงานในการวัดการไหลของน้ำ

การวัดอัตราการไหลเกี่ยวข้องกับการกำหนดปริมาณของของเหลวที่ไหลผ่านพื้นที่ผิวที่ระบุของเรือในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ เช่นเดียวกับการวัดทุกรูปแบบมีการใช้งานในชีวิตประจำวันตั้งแต่การใช้ในการตรวจสอบปริมาณการใช้น้ำและก๊าซสำหรับการประมาณค่าใช้จ่ายไปจนถึงการใช้งานในอุตสาหกรรมที่สำคัญยิ่งขึ้น (เช่นการผสมสารเคมีหลายชนิดในปริมาณมาก) ซึ่งการวัดอัตราการไหลมีบทบาทสำคัญในการรักษา คุณภาพของกระบวนการ / ผลิตภัณฑ์

ในการกำหนดอัตราการไหลจะใช้มิเตอร์ชนิดพิเศษที่เรียกว่าเครื่องวัดการไหลFlowmetersมีหลายประเภทเนื่องจากข้อกำหนดที่หลากหลายในการวัดการไหล (เชิงเส้น / ไม่เชิงเส้นอัตรามวล / ปริมาตร ฯลฯ) มิเตอร์แตกต่างกันไปตามปัจจัยต่างๆ ได้แก่ เทคนิคการวัดที่ใช้พารามิเตอร์การไหลเฉพาะที่พวกเขาตรวจสอบปริมาตรของของเหลวที่ติดตามได้และคุณสมบัติทางกายภาพที่จะกล่าวถึง YFS201 เป็นเซนเซอร์วัดการไหลของน้ำยอดนิยมซึ่งก่อนหน้านี้เราเคยใช้ในการวัดการไหลของน้ำโดยใช้ Arduino และคำนวณอัตราการไหลและปริมาตรที่กระจาย

บางประเภท / ประเภทของเครื่องวัดการไหลได้แก่ Turbine, Vortex, Thermal mass, Magnetic, Oval gear, Paddlewheel, Coriolis, Mass flow, Low-flow และ Ultrasonic flow meter ซึ่งเป็นจุดสำคัญของบทความนี้ เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่ไม่รุกรานและเชื่อถือได้มากในการกำหนดปริมาณของของเหลวที่ไหลผ่านเรือและพบว่ามีการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆตั้งแต่น้ำมันและก๊าซไปจนถึงผู้ให้บริการสาธารณูปโภค

สำหรับบทความนี้เราจะมาดูทุกอย่างเกี่ยวกับ Ultrasonic Flow Meter วิธีการทำงานข้อดีและข้อเสีย

เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิก

เป็นชื่อที่แสดงถึงเมตรไหลล้ำหนึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเมตรไหลเป็นอุปกรณ์ที่ไม่ล่วงล้ำที่คำนวณปริมาณการไหลของของเหลวโดยการวัดความเร็วด้วยอัลตราซาวนด์สามารถวัดการไหลของของเหลวในของเหลวแทบทุกชนิดที่คลื่นเสียงสามารถส่งผ่านได้ โดยทั่วไปแล้วเครื่องวัดการไหลประเภทนี้ถือเป็น "ไฮบริด" เนื่องจากสามารถใช้หลักการ Dopplerหรือวิธีเวลาในการขนส่งเพื่อวัดการไหลเราจะพูดถึงหลักการทั้งสองในบทความนี้ โปรดทราบว่าเครื่องวัดการไหลเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าเครื่องวัดการไหลของ Dopplerหากทำงานโดยใช้หลักการ doppler

เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกเหมาะที่สุดสำหรับการใช้งานในน้ำที่ต้องใช้แรงดันต่ำการบำรุงรักษาต่ำและความเข้ากันได้ของสารเคมี โดยทั่วไปแล้วจะไม่ทำงานกับน้ำดื่มหรือน้ำกลั่น แต่เหมาะสำหรับการใช้งานในน้ำเสียหรือของเหลวสกปรกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ใช้กับของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและมีฤทธิ์กัดกร่อนเนื่องจากไม่กีดขวางของเหลวที่ไหลผ่านท่อ

หลักการทำงานของ Ultrasonic Flow Meter

เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกใช้หลักการของเสียงสะท้อนและการเปลี่ยนแปลงความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆเพื่อวัดการไหล โดยทั่วไปแล้วมิเตอร์จะประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกสองตัวโดยตัวหนึ่งทำหน้าที่เป็นตัวส่งและอีกตัวเป็นตัวรับ ทรานสดิวเซอร์ทั้งสองสามารถติดตั้งเคียงข้างกันหรือทำมุมจากกันที่ด้านตรงข้ามของเรือ ทรานสดิวเซอร์ส่งสัญญาณจะปล่อยพัลส์เสียงจากพื้นผิวของเซ็นเซอร์ไปยังของเหลวและได้รับโดยตัวแปลงสัญญาณที่กำหนดให้เป็นตัวรับ จากนั้นเวลาที่พัลส์เสียงจะเดินทางจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับหรือที่เรียกว่าเวลาขนส่งจะถูกประมาณและใช้ในการกำหนดอัตราการไหลและพารามิเตอร์อื่น ๆ

สำหรับการกำหนดค่าที่สองโดยวางเครื่องส่งและตัวรับไว้เคียงข้างกันเครื่องส่งจะส่งเสียงพัลส์เสียงในขณะที่เครื่องรับจะตรวจสอบเวลาที่ใช้ในการรับเสียงสะท้อนของการส่งสัญญาณ

โดยไม่คำนึงถึงการกำหนดค่าเซ็นเซอร์การวัดด้วยความแตกต่างของเวลาในการขนส่งขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่า คลื่นเสียงที่แพร่กระจายไปตามทิศทางการไหลของตัวกลางจะเคลื่อนที่เร็วกว่าคลื่นที่แพร่กระจายไปตามทิศทางการไหลของตัวกลาง ดังนั้นความแตกต่างของเวลาในการขนส่งจึงแปรผันตรงกับความเร็วการไหลของตัวกลางและหลักการนี้ใช้ในการวัดปริมาตรของก๊าซและของเหลวอย่างแม่นยำและยังได้รับความหนาแน่นและความหนืด

ในขณะที่สองวิธีข้างต้นเป็นวิธีที่ใช้กันมาก แต่เครื่องวัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิคที่แตกต่างกันจะใช้รุ่นที่ได้รับการแก้ไขโดยขึ้นอยู่กับประเภทของของเหลวและการวัดที่ต้องทำ ภาพมาตรวัดน้ำอัลตราโซนิกด้านล่างแสดงให้เห็นว่าตัวแปลงสัญญาณต้นน้ำและปลายน้ำถูกวางไว้ภายในท่อเซ็นเซอร์พร้อมกับตัวสะท้อนแสงบางส่วนสำหรับการออกแบบมาตรวัดการไหลของน้ำ การตั้งค่าฮาร์ดแวร์ที่แท้จริงของสิ่งเดียวกันจะแสดงด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำเครื่องหมายไว้

การคำนวณอัตราการไหลโดยใช้อัลตราโซนิกโฟลว์เซนเซอร์

เพื่อความเข้าใจที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับเทคนิคที่อยู่เบื้องหลังสิ่งนี้ให้พิจารณาภาพด้านล่างซึ่งมีการกำหนดค่าแรกกับทรานสดิวเซอร์ตัวส่ง (TA) และตัวรับ (TB) ที่ติดตั้งที่มุมตรงข้ามกัน

ปล่อยให้เวลาที่คลื่นอะคูสติกเดินทางจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับนั่นคือในทิศทางการไหลของตัวกลางเป็น T _{A –B}และเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายจากทรานสดิวเซอร์ที่รับไปยังตัวรับส่งสัญญาณ ที่ผิดทิศทางการไหล T _B -A

ความแตกต่างของเวลาการขนส่งทั้งสองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วการไหลเฉลี่ย v _mของตัวกลางคือ

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

เนื่องจากเวลาในการขนส่งของสัญญาณคือระยะห่างระหว่างทรานสดิวเซอร์ส่งและตัวรับส่งหารด้วยความเร็วที่สัญญาณอะคูสติกต้องเดินทางจากทรานสดิวเซอร์ตัวหนึ่งไปยังอีกตัวที่เรามี

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

และ;

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

สมการที่ 2 และ 3 กำหนดอัตราการไหลระหว่างตัวแปลงสัญญาณ A ต้นน้ำและตัวแปลงสัญญาณ B ปลายน้ำ ที่ไหน;

v = ความเร็วการไหลของตัวกลาง L = ความยาวของเส้นทางอะคูสติก c = ความเร็วของเสียงในตัวกลางและอัลฟา“ α” คือมุมของท่อที่เสียงอัลตราโซนิกเดินทางจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับ

สมมติว่าความเร็วของเสียงในตัวกลางคงที่ (กล่าวคือไม่มีการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์เช่นความหนาแน่นของของเหลวอุณหภูมิ ฯลฯ) ที่เรามี

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

การคูณความเร็วเฉลี่ยกับพื้นที่หน้าตัดของท่อเราจะได้อัตราการไหล Q as;

Q = (π * D ³) / (4 * บาป2α) * (T _{B – A} - T _{A – B}) / (T _{B – A} x T _{A – B})

พื้นที่หน้าตัดของท่อมีค่าคงที่สำหรับเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกแบบอินไลน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง D

การใช้สมการเหล่านี้โดยไม่มีตัวแปรเช่นความหนาแน่นอุณหภูมิความดันความเร็วของเสียงและคุณสมบัติอื่น ๆ ที่กำหนดโดยสื่อ / ของไหลจะแสดงเหตุผล เบื้องหลังความเก่งกาจและความแม่นยำของเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิก

ข้อดี / ความสำคัญของอัลตราโซนิกเมตร

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกต้องเป็นลักษณะที่ไม่รุกรานและความสามารถในการทำงานกับของเหลวทุกประเภท (เนื่องจากความหนาแน่นและความเร็วของเสียงในของเหลวไม่สำคัญ) สารที่มีความหลากหลาย (รวมถึงสารเคมีตัวทำละลายน้ำมัน ฯลฯ) ที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันจะถูกขนส่งและกระจายโดยระบบท่อทุกวันโดยต้องมีการตรวจสอบการไหล ลักษณะที่ไม่รุกรานของเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกทำให้เครื่องวัดค่า goto ในสถานการณ์เช่นนี้ นี่คือเหตุผลที่พวกเขาพบการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมต่างๆตั้งแต่อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับสารเคมีไปจนถึงการแปรรูปอาหารการบำบัดน้ำและภาคน้ำมันและก๊าซ

ข้อเสีย

ข้อเสียที่สำคัญของเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกจะต้องมีราคา เนื่องจากความซับซ้อนของการออกแบบเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิคมักมีราคาแพงกว่าเครื่องวัดเชิงกลหรือประเภทอื่น ๆ เนื่องจากต้องใช้ความพยายามและส่วนประกอบมากกว่า

นอกเหนือจากความซับซ้อนในการออกแบบและค่าใช้จ่ายแล้วเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิคยังต้องการระดับความเชี่ยวชาญในการติดตั้ง / การจัดการเมื่อเทียบกับมิเตอร์ประเภทอื่น ๆ ส่วนใหญ่

เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกชั้นนำในตลาด

ในขณะที่ตลาดสำหรับเครื่องวัดอัตราการไหลแบบอุลตราโซนิคทั่วโลกคาดว่าจะมีมูลค่าถึง 2 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2567 แต่ตลาดก็มีการเติบโตอย่างแข็งแกร่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากการใช้งานในหลายอุตสาหกรรมในปัจจุบันและการเปิดตัวตัวแปรที่ปรับปรุงใหม่ ผู้ผลิตหลายรายได้พัฒนาเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกด้วยเทคโนโลยีขั้นสูงเพื่อปรับปรุงความแม่นยำของการวัด เนื่องจากมิเตอร์นี้ให้ความสำคัญกับโซลูชันเฉพาะอุตสาหกรรมการพัฒนาล่าสุดจึงคาดว่าจะขับเคลื่อนตลาดในช่วงเวลาที่คาดการณ์ไว้ เครื่องวัดอัตราการไหลล้ำเสียงในตลาด ได้แก่:

Sonic-View Ultrasonic Flow Meters: sonic-view ซึ่งเป็นหนึ่งในโซลูชั่นที่ดีที่สุดสำหรับการวัดการไหลของของเหลวที่มีปริมาณน้อยทำงานตามหลักการของเวลาในการขนส่ง ทรานสดิวเซอร์ไม่สัมผัสกับตัวกลางและไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหวที่ใช้ภายในเครื่องมือ คุณสมบัติที่เหนือชั้นเช่นค่าใช้จ่ายในการเป็นเจ้าของต่ำอายุการใช้งานที่ไม่ต้องบำรุงรักษาตัวแปลงสัญญาณที่ได้รับการป้องกันวงจรมิเตอร์ที่ทนทานตลอดอายุการใช้งานและลักษณะที่ไม่ไวต่อความดันและอนุภาคทั้งหมดนี้มีส่วนช่วยให้เครื่องวัดการไหลอัลตราโซนิกที่มองเห็นด้วยคลื่นเสียงเป็นหนึ่งใน ทางออกที่ดีที่สุดในตลาดมิเตอร์

มาตรวัดน้ำอัลตราโซนิก Shmeters: ภายใต้สภาวะการไหลของท่อต่างๆมาตรวัดน้ำอัลตราโซนิกนี้สำหรับวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์สามารถทำเครื่องหมายการวัดส่วนการออกแบบด้วยความแม่นยำในการวัดสูงสุดที่เป็นไปได้ มิเตอร์ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 10 ปีด้วยแบตเตอรี่เพียงก้อนเดียว การใช้พลังงานน้อยกว่า 0.5mW สามารถทำงานได้นานโดยไม่ได้รับผลกระทบจากการรบกวนของแม่เหล็ก ในขณะเดียวกันก็มีความน่าเชื่อถือและมีความละเอียดอ่อนสูงสามารถตรวจจับความเร็วการไหลที่ต่ำถึง 0.002m / s ได้อย่างรวดเร็ว

เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิคของ Sitrans FS:ให้ประสิทธิภาพที่น่าประทับใจสำหรับก๊าซและของเหลวที่หลากหลายเนื่องจากสามารถทำงานได้โดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิความหนืดการนำไฟฟ้าความดันความหนาแน่นและภายใต้สภาวะที่ยากที่สุด Sitrans FS220 มีความภาคภูมิใจในฐานะโซลูชันที่ดีที่สุดในระดับเดียวกันสำหรับมาตรการการไหลที่ตรงไปตรงมาเนื่องจากความเป็นไปได้ดูเหมือนจะไม่มีที่สิ้นสุด

ในการใช้งานระดับผู้บริโภคโดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องวัดอุลตร้าโซนิคได้รับการปรับปรุงโดยเทคโนโลยีเช่น LoRa ซึ่งช่วยให้หน่วยงานของเทศบาลและหน่วยงานที่เกี่ยวข้องสามารถตรวจสอบสิ่งต่างๆเช่นการใช้ก๊าซและน้ำจากระยะไกล ลักษณะการใช้พลังงานต่ำของสื่อการสื่อสารช่วยให้มิเตอร์เหล่านี้มีอายุการใช้งานนานกว่า 5 ปีต่อการชาร์จแบตเตอรี่หนึ่งครั้งซึ่งมากกว่าที่จะทำได้โดยใช้มิเตอร์เชิงกล