Ultrasone stroommeters

Ultrasone debietmeters: overzicht, principes & toepassingen

Overzicht

Ultrasone debietmeters meten de vloeistofsnelheid door te analyseren hoe ultrasone golven zich voortplanten door stromende media. Afhankelijk van de detectiemethode worden ze ingedeeld in:

Tijd-van-vlucht (TOF)-methoden (direct tijdsverschil, faseverschil, frequentieverschil)

Doppler-methode

Straalafbuigingsmethode

Ruiskorreleringsmethode

Met de vooruitgang in geïntegreerde schakelingen zijn ultrasone debietmeters de afgelopen decennia wijdverbreid toegepast in industriële toepassingen.

Voordelen

Niet-intrusieve meting

Geen bewegende delen → geen drukval of stromingsverstoring

Geschikt voor grote pijpen, open kanalen en moeilijk toegankelijke vloeistoffen

Kan corrosieve, niet-geleidende, radioactieve en brandbare vloeistoffen meten

Brede toepasbaarheid

Pijpdiameterbereik: 2 cm tot 5 m

Kan vloeistoffen en gassen meten

Draagbare modellen beschikbaar voor tijdelijke metingen (bijv. turbine waterinlaat in energiecentrales)

Kosteneffectief voor grote pijpen

Installatie schaalt niet met de pijpgrootte (in tegenstelling tot mechanische debietmeters)

Geen kalibratiedrift door temperatuur-, druk- of viscositeitsveranderingen

Veelzijdigheid in uitdagende media

Doppler-methode kan slurries, afvalwater en tweefasestromen meten

Tijd-van-vlucht-methoden bieden hoge nauwkeurigheid voor schone vloeistoffen

 

Nadelen

Temperatuurbegrenzingen

Beperkt door transducer materiaal en hechtmiddelen (meestal <200°C)

Gebrek aan akoestische snelheidsgegevens bij hoge temperaturen beïnvloedt de nauwkeurigheid

Complexe signaalverwerking

Vloeistofsnelheid (~m/s) is klein in vergelijking met de geluidssnelheid (~1500 m/s)

Vereist zeer precieze elektronica (10⁻⁵ tot 10⁻⁶ nauwkeurigheid)

Vloeistofafhankelijkheid

Doppler-methode vereist reflectoren (bijv. bellen, deeltjes)

Tijd-van-vlucht-methoden hebben schone, homogene vloeistoffen nodig

Installatievereisten

Rechte pijpsecties nodig om stromingsprofielvervormingen te voorkomen

Koppelingsproblemen in gecorrodeerde of beklede pijpen

 

Basisprincipes

Een ultrasone debietmeter bestaat uit:

Transducers – Converteren elektrische energie in ultrasone golven (en vice versa) met behulp van piëzo-elektrische elementen (bijv. PZT).

Signaalverwerkingscircuit – Meet tijdsverschillen (TOF) of frequentieverschuivingen (Doppler).

Display/uitvoereenheid – Toont momentane & cumulatieve flow.

Belangrijkste technologieën

Piëzo-elektrische transducers: Dunne schijven (10:1 diameter-tot-dikteverhouding) gemaakt van loodzirkonaattitanaat (PZT).

Akoestische wiggen: Gemaakt van PMMA (acryl) of rubber om golven efficiënt in de vloeistof te leiden.

Meetmodi:

Z/V/X-configuraties: Optimaliseren signaalpad voor pijpgrootte.

Clamp-On vs. natte sensoren: Afwegingen tussen gemak en nauwkeurigheid.

 

Industriële toepassingen

Water & afvalwater: Rivierstroming, afvalwaterzuivering.

Olie & gas: Geproduceerd water, chemische injectie.

Energie: Koelwater, stoom systemen.

HVAC: Gekoeld water, koelmiddel monitoring.

 

Toekomstige trends

Sensoren voor hogere temperaturen: Uitbreiding voorbij de 200°C grenzen.

AI-ondersteunde signaalverwerking: Compenseren voor stromingsprofiel fouten.

Hybride systemen: Combinatie van Doppler en TOF voor bredere vloeistofcompatibiliteit.

Ultrasone debietmeters zijn ideaal voor energie-efficiënte, niet-invasieve metingen, maar de juiste selectie (Doppler vs. TOF) en installatie zijn cruciaal voor optimale prestaties.