Ultrasonik Flowmeter

Ultrasonik Flowmeters: Gambaran Umum, Prinsip & Aplikasi

Gambaran umum

Ultrasonik flowmeter mengukur kecepatan cairan dengan menganalisis bagaimana gelombang ultrasonik menyebar melalui media yang mengalir.

Metode Time-of-Flight (TOF) (perbedaan waktu langsung, perbedaan fase, perbedaan frekuensi)

Metode Doppler

Metode penyimpangan sinar

Metode korelasi kebisingan

Dengan kemajuan dalam sirkuit terintegrasi, alat ukur aliran ultrasonik telah banyak digunakan dalam aplikasi industri selama beberapa dekade terakhir.

Keuntungan

Pengukuran yang tidak mengganggu

Tidak ada bagian yang bergerak → tidak ada penurunan tekanan atau gangguan aliran

Cocok untuk pipa besar, saluran terbuka, dan cairan yang sulit diakses

Dapat mengukur cairan korosif, tidak konduktif, radioaktif, dan mudah terbakar

Penerapan yang luas

Jangkauan diameter pipa: 2 cm sampai 5 m

Dapat mengukur cairan & gas

Model portabel yang tersedia untuk pengukuran sementara (misalnya, asupan air turbin di pembangkit listrik)

Biaya Efektif untuk Pipa Besar

Instalasi tidak berskala dengan ukuran pipa (tidak seperti flowmeter mekanis)

Tidak ada pergeseran kalibrasi karena perubahan suhu, tekanan, atau viskositas

Keanekaragaman Media yang Menantang

Metode Doppler dapat mengukur bubur, limbah, dan aliran dua fase

Metode waktu terbang memberikan akurasi tinggi untuk cairan bersih

Kelemahan

Batas Suhu

Terbatas oleh bahan transduser dan perekat kopling (biasanya < 200 °C)

Kurangnya data kecepatan akustik suhu tinggi mempengaruhi akurasi

Pemrosesan Sinyal yang Kompleks

Kecepatan cairan (~ m / s) sangat kecil dibandingkan dengan kecepatan suara (~ 1500 m / s)

Membutuhkan elektronik presisi tinggi (10-5 hingga 10-6 akurasi)

Kecanduan Cairan

Metode Doppler membutuhkan reflektor (misalnya, gelembung, partikel)

Metode waktu penerbangan membutuhkan cairan yang bersih dan homogen

Persyaratan Pemasangan

Jalur pipa lurus diperlukan untuk menghindari distorsi profil aliran

Masalah kopling pada pipa yang terkorosi atau dilapisi

Prinsip Dasar

Ultrasonik flowmeter terdiri dari:

Transduser ️ Mengubah energi listrik menjadi gelombang ultrasonik (dan sebaliknya) menggunakan elemen piezoelektrik (misalnya, PZT).

Sirkuit Pemrosesan Sinyal

Display/Output Unit menunjukkan aliran instan dan kumulatif.

Teknologi Kunci

Transduser Piezoelektrik: cakram tipis (rasio diameter-ke-ketebalan 10: 1) yang terbuat dari titanat zirkonat timbal (PZT).

Acoustic Wedges: Terbuat dari PMMA (akrilik) atau karet untuk mengarahkan gelombang ke dalam cairan secara efisien.

Modus pengukuran:

Konfigurasi Z/V/X: Optimalkan jalur sinyal untuk ukuran pipa.

Clamp-On vs. Sensor basah: Kompromi antara kenyamanan dan akurasi.

Penggunaan Industri

Air & Air Limbah: Aliran sungai, pengolahan air limbah.

Minyak & Gas: Air yang diproduksi, suntikan kimia.

Energi: air pendingin, sistem uap.

HVAC: air dingin, pemantauan pendingin.

Tren Masa Depan

Sensor suhu tinggi: Mengembang melampaui batas 200 °C.

AI-Assisted Signal Processing: Mengkompensasi kesalahan profil aliran.

Sistem hibrida: Menggabungkan Doppler dan TOF untuk kompatibilitas cairan yang lebih luas.

Aliran ultrasonik sangat ideal untuk pengukuran hemat energi dan non-invasif, tetapi pemilihan yang tepat (Doppler vs TOF) dan pemasangan sangat penting untuk kinerja optimal.