Flusometri ad ultrasuoni

Misuratori di flusso ad ultrasuoni: panoramica, principi e applicazioni

Visualizzazione

I misuratori di flusso ad ultrasuoni misurano la velocità del fluido analizzando come le onde ultrasoniche si propagano attraverso i mezzi di flusso.

Metodi di tempo di volo (TOF) (differenza temporale diretta, differenza di fase, differenza di frequenza)

Metodo Doppler

Metodo di deflessione del raggio

Metodo di correlazione del rumore

Con i progressi dei circuiti integrati, negli ultimi decenni i flussometri ad ultrasuoni sono stati ampiamente utilizzati nelle applicazioni industriali.

Vantaggi

Misurazione non intrusiva

Nessuna parte in movimento → nessun calo di pressione o disturbo del flusso

Adatto per tubi di grandi dimensioni, canali aperti e fluidi difficili da raggiungere

Può misurare fluidi corrosivi, non conduttivi, radioattivi e infiammabili

Ampia applicabilità

Diametro del tubo: da 2 cm a 5 m

Può misurare liquidi e gas

Modelli portatili disponibili per misurazioni temporanee (ad esempio, presa d'acqua delle turbine nelle centrali elettriche)

Risparmio economico per le grandi tubazioni

L'installazione non si scala con le dimensioni del tubo (a differenza dei flussometri meccanici)

Nessuna deviazione di taratura dovuta a variazioni di temperatura, pressione o viscosità

Versatilità nei media difficili

Il metodo Doppler permette di misurare liquami, acque reflue e flussi bi-fase

I metodi di tempo di volo offrono un'alta precisione per i liquidi puliti

Svantaggi

Limiti di temperatura

Limitato dal materiale del trasduttore e dagli adesivi di accoppiamento (in genere < 200 °C)

La mancanza di dati di velocità acustica ad alta temperatura influisce sulla precisione

Processamento del segnale complesso

La velocità del fluido (~ m/s) è minuscola rispetto alla velocità del suono (~ 1500 m/s)

Richiede elettronica ad alta precisione (precisione da 10-5 a 10-6).

Dipendenza da liquidi

Il metodo Doppler richiede riflettori (es. bolle, particelle)

I metodi di tempo di volo richiedono fluidi puliti e omogenei

Requisiti di installazione

Per evitare distorsioni del profilo di flusso sono necessarie correnti dritte dei tubi

Problemi di accoppiamento in tubi corrosi o rivestiti

Principi fondamentali

Un misuratore di portata ad ultrasuoni è costituito da:

Trasduttori Convertire l'energia elettrica in onde ultrasoniche (e viceversa) utilizzando elementi piezoelettrici (ad esempio, PZT).

Circuiti di elaborazione del segnale Misura le differenze di tempo (TOF) o gli spostamenti di frequenza (Doppler).

Display/Output Unit ️ Mostra flusso istantaneo e cumulativo.

Tecnologie chiave

Trasduttori piezoelettrici: dischi sottili (ratio di diametro/spessore 10:1) in titanato di zirconato di piombo (PZT).

Cune acustiche: realizzate in PMMA (acrilico) o gomma per dirigere le onde nel fluido in modo efficiente.

Moduli di misurazione:

Configurazioni Z/V/X: ottimizzare il percorso del segnale per le dimensioni del tubo.

Clamp-On vs. Sensori bagnati: compromessi tra comodità e precisione.

Utilizzazioni industriali

Acqua e acque reflue: flusso fluviale, trattamento delle acque reflue.

Petrolio e gas: acqua prodotta, iniezione chimica.

Energia: acqua di raffreddamento, sistemi a vapore.

HVAC: acqua raffreddata, controllo dei refrigeranti.

Tendenze future

Sensori a temperatura superiore: espandendo oltre i limiti di 200°C.

Processo di elaborazione del segnale assistito dall'IA: compensazione degli errori del profilo di flusso.

Sistemi ibridi: combinazione di Doppler e TOF per una più ampia compatibilità dei fluidi.

I flussometri ad ultrasuoni sono ideali per misure efficienti dal punto di vista energetico e non invasive, ma la corretta selezione (Doppler vs TOF) e l'installazione sono fondamentali per prestazioni ottimali.