Máy đo lưu lượng siêu âm

Máy đo lưu lượng siêu âm: Tổng quan, nguyên tắc và ứng dụng

Tổng quan

Máy đo lưu lượng siêu âm đo tốc độ chất lỏng bằng cách phân tích cách sóng siêu âm lan truyền qua môi trường chảy.

Phương pháp thời gian bay (TOF) (sự khác biệt thời gian trực tiếp, sự khác biệt giai đoạn, sự khác biệt tần số)

Phương pháp Doppler

Phương pháp lệch đường chùm

Phương pháp tương quan tiếng ồn

Với những tiến bộ trong mạch tích hợp, máy đo lưu lượng siêu âm đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp trong vài thập kỷ qua.

Ưu điểm

Đánh giá không xâm nhập

Không có bộ phận chuyển động → không giảm áp suất hoặc rối loạn dòng chảy

Thích hợp cho các đường ống lớn, kênh mở và chất lỏng khó tiếp cận

Có thể đo lường chất lỏng ăn mòn, không dẫn điện, phóng xạ và dễ cháy

Áp dụng rộng

Phạm vi đường kính ống: 2 cm đến 5 m

Có thể đo chất lỏng & khí

Các mô hình di động có sẵn cho các phép đo tạm thời (ví dụ, nước hút của tua-bin trong nhà máy điện)

Hiệu quả về chi phí cho các đường ống lớn

Cài đặt không quy mô với kích thước ống (không giống như máy đo lưu lượng cơ học)

Không có trục trặc hiệu chuẩn do thay đổi nhiệt độ, áp suất hoặc độ nhớt

Sự linh hoạt trong các phương tiện truyền thông đầy thách thức

Phương pháp Doppler có thể đo dung dịch, nước thải và dòng chảy hai giai đoạn

Các phương pháp thời gian bay cung cấp độ chính xác cao cho chất lỏng sạch

Nhược điểm

Giới hạn nhiệt độ

Được giới hạn bởi vật liệu biến đổi và keo kết nối (thường < 200 °C)

Thiếu dữ liệu tốc độ âm thanh nhiệt độ cao ảnh hưởng đến độ chính xác

Xử lý tín hiệu phức tạp

Tốc độ chất lỏng (~ m / s) rất nhỏ so với tốc độ âm thanh (~ 1500 m / s)

Cần thiết bị điện tử chính xác cao (10-5 đến 10-6 độ chính xác)

Sự phụ thuộc vào chất lỏng

Phương pháp Doppler đòi hỏi phản xạ (ví dụ: bong bóng, hạt)

Các phương pháp thời gian bay cần chất lỏng sạch, đồng nhất

Yêu cầu lắp đặt

Các đường ống thẳng cần thiết để tránh biến dạng hồ sơ dòng chảy

Các vấn đề nối trong các đường ống bị ăn mòn hoặc lót

Nguyên tắc cơ bản

Máy đo lưu lượng siêu âm bao gồm:

Các bộ chuyển đổi chuyển đổi năng lượng điện thành sóng siêu âm (và ngược lại) bằng cách sử dụng các yếu tố piezoelectric (ví dụ: PZT).

Vòng mạch xử lý tín hiệu đo sự khác biệt thời gian (TOF) hoặc thay đổi tần số (Doppler).

Màn hình / Đơn vị đầu ra cho thấy dòng chảy tức thời và tích lũy.

Các công nghệ chính

Máy chuyển đổi Piezoelectric: Các đĩa mỏng (tỷ lệ đường kính đến độ dày 10: 1) được làm bằng titanate zirconate chì (PZT).

Các đinh âm thanh: Được làm bằng PMMA (acrylic) hoặc cao su để hướng sóng vào chất lỏng một cách hiệu quả.

Chế độ đo:

Z / V / X cấu hình: Tối ưu hóa đường dẫn tín hiệu cho kích thước ống.

Clamp-On vs. Wet Sensors: Sự đánh đổi giữa sự tiện lợi và độ chính xác.

Sử dụng công nghiệp

Nước và nước thải: Dòng chảy sông, xử lý nước thải.

Dầu & Khí: Nước sản xuất, tiêm hóa chất.

Năng lượng: nước làm mát, hệ thống hơi nước.

HVAC: nước lạnh, giám sát chất làm lạnh.

Xu hướng trong tương lai

Cảm biến nhiệt độ cao hơn: mở rộng vượt quá giới hạn 200 °C.

Xử lý tín hiệu được hỗ trợ AI: Phân bổ cho các lỗi hồ sơ dòng chảy.

Hệ thống lai: Kết hợp Doppler và TOF để tương thích chất lỏng rộng hơn.

Máy đo lưu lượng siêu âm là lý tưởng cho các phép đo không xâm lấn, tiết kiệm năng lượng, nhưng việc lựa chọn và lắp đặt đúng cách (Doppler so với TOF) là rất quan trọng để có hiệu suất tối ưu.