Введение в технологию ультразвукового измерения расхода

Ультразвуковое измерение расхода представляет собой сложный подход к определению скорости потока жидкости с использованием высокочастотных звуковых волн. Эта неинвазивная технология получила широкое распространение в различных отраслях, включая водоснабжение и очистку сточных вод, нефтегазовую промышленность, химическую переработку, фармацевтику и производство продуктов питания. Технология работает на двух основных принципах: измерение времени прохождения для чистых жидкостей и эффект Доплера для жидкостей, содержащих частицы или пузырьки. Современные ультразвуковые расходомеры достигают точности до ±0,5% от показаний и предлагают такие функции, как двунаправленное измерение, температурная компенсация и протоколы цифровой связи. Их способность измерять расход без падения давления или механического износа делает их идеальными для применений, требующих минимального обслуживания и высокой надежности. Глобальный рынок ультразвуковых расходомеров продолжает расширяться, что обусловлено растущим спросом на точные измерения, оптимизацию процессов и соответствие международным стандартам.

Принципы работы и механизмы измерения

Технология ультразвукового измерения расхода работает на двух различных принципах: времени прохождения и эффекте Доплера.Ультразвуковые расходомеры времени прохожденияизмеряют разницу во времени между ультразвуковыми импульсами, распространяющимися по направлению потока и против него. Когда жидкость течет по трубе, импульс по направлению потока распространяется быстрее, чем импульс против потока, из-за скорости жидкости. Разница во времени (Δt) прямо пропорциональна скорости потока, следуя соотношению V ∝ Δt, где V - средняя скорость жидкости. Этот метод обеспечивает высокую точность (±0,5% - ±1% от показаний) и идеально подходит для чистых, однородных жидкостей, таких как вода, химикаты и масла.

Доплеровские ультразвуковые расходомерыиспользуют эффект Доплера, когда звуковые волны отражаются от пузырьков, частиц или неоднородностей в жидкости. Сдвиг частоты отраженной волны указывает скорость потока, пропорциональную движению жидкости. Доплеровские датчики обеспечивают умеренную точность (±1% - ±5% от показаний) и подходят для грязных жидкостей, суспензий, сточных вод и жидкостей с увлеченным воздухом или пузырьками. Обе технологии используют преобразователи, которые действуют как передатчики и приемники, установленные на внешней стороне трубы для накладных установок или интегрированные в стенку трубы для встроенных моделей.

---

Основные сценарии применения в различных отраслях

Технология ультразвукового измерения расхода удовлетворяет критические потребности в измерениях в различных отраслях промышленности. В промышленности водоснабжения и очистки сточных водэти датчики контролируют забор сырой воды, распределение очищенной воды и сточные воды, не нарушая работу трубопроводов. Их неинвазивная конструкция позволяет устанавливать их на существующие трубы без резки или остановок процесса, что делает их идеальными для муниципальных систем водоснабжения и приложений экологического мониторинга.

Возможность нефтегазовой промышленностиультразвуковые расходомеры используются для мониторинга трубопроводов, коммерческого учета углеводородов и измерения сырой нефти и нефтепродуктов. Их способность выдерживать высокие температуры и давления в сочетании с коррозионностойкими материалами, такими как титан и Hastelloy, обеспечивает надежную работу в сложных условиях.

Химические и нефтехимические заводыиспользуют ультразвуковые расходомеры для точного дозирования, контроля подачи в реактор и мониторинга агрессивных химикатов. Бесконтактное измерение исключает риски загрязнения и обеспечивает точное дозирование агрессивных сред, таких как кислоты и растворители.

Пищевая и фармацевтическая промышленностьвыигрывают от санитарных ультразвуковых расходомеров с возможностью очистки на месте (CIP), обеспечивая стерильную обработку при поддержании рецептурной последовательности в производстве напитков и фармацевтическом производстве. Дополнительные области применения включают системы отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC)для оптимизации энергопотребления, электростанциидля мониторинга охлаждающей воды и горнодобывающие предприятиядля измерения расхода пульпы в абразивных средах.

Преимущества и технические возможности

Ультразвуковое измерение расхода предлагает значительные преимущества по сравнению с традиционными технологиями измерения расхода. Основным преимуществом является неинвазивная установка, позволяющая устанавливать накладным способом без модификации труб или прерывания процесса. Эта функция снижает затраты на установку и исключает риск утечек или загрязнения, связанных со встроенными устройствами.

Эти датчики обеспечивают высокую точность(±0,5% - ±1% для моделей времени прохождения) и отличную повторяемость, что делает их подходящими для приложений коммерческого учета, где точность измерений имеет решающее значение. Их широкий диапазон регулирования(до 100:1) обеспечивает точное измерение в различных условиях потока без необходимости использования нескольких приборов.

Ультразвуковые расходомеры не имеют движущихся частей, что приводит к минимальным требованиям к техническому обслуживанию и длительному сроку службы по сравнению с механическими расходомерами. Они не зависят от свойств жидкости, таких как плотность, вязкость, температура и изменения давления, обеспечивая стабильные измерения в динамических условиях процесса.

Возможность двунаправленного измеренияпозволяет контролировать как прямой, так и обратный потоки, в то время как протоколы цифровой связи(HART, PROFIBUS, Modbus) обеспечивают бесшовную интеграцию с системами управления и платформами IoT для мониторинга в реальном времени и анализа данных.

Рекомендации по внедрению и руководства по выбору

Успешное внедрение ультразвукового измерения расхода требует тщательного внимания к требованиям к установке. Жидкость должна быть проводящейдля измерения времени прохождения, в то время как доплеровским моделям требуются достаточные отражатели в жидкости. Место установки должно обеспечивать полностью развитый профиль потока с минимальным прямым участком в 10 диаметров трубы выше по потоку и 5 диаметрами ниже по потоку для встроенных расходомеров.

Правильное заземление имеет решающее значениедля предотвращения помех от электрического шума, рекомендуется использовать заземляющий кабель больше 4 мм². Расходомер следует устанавливать на напорной стороне насосов, а не на стороне всасывания, и предпочтительна вертикальная установка с восходящим потоком для предотвращения попадания воздуха. Для применений с увлеченным воздухом или пузырьками газа требуется особое внимание, поскольку ультразвуковые расходомеры не могут различать технологическую жидкость и увлеченный воздух.

Выбор должен учитывать размер и материал трубы, характеристики жидкости(температура, давление, проводимость), требования к точностии тип выходного сигнала(аналоговый, цифровой, беспроводной) для обеспечения оптимальной производительности и совместимости с существующими системами управления.

Будущие тенденции и технологические разработки

Технология ультразвукового измерения расхода продолжает развиваться с несколькими значительными достижениями. Интеграция IIoTобеспечивает беспроводную связь по протоколам, таким как WirelessHART и LoRaWAN, облегчая мониторинг в реальном времени и облачную аналитику для профилактического обслуживания и оптимизации процессов.

Интеллектуальные датчикисо встроенными микропроцессорами предлагают расширенную диагностику, возможности самокалибровки и функции профилактического обслуживания, сокращая время простоя и затраты на техническое обслуживание. Эти интеллектуальные устройства могут обнаруживать аномалии, предсказывать потенциальные сбои и автоматически настраивать параметры измерения в зависимости от условий процесса.

Миниатюризацияс помощью технологии MEMS производит компактные, энергоэффективные датчики, подходящие для применений с ограниченным пространством и портативных устройств измерения расхода. Портативные ультразвуковые расходомеры с увеличенным сроком службы батареи и беспроводной связью обеспечивают гибкость для временных установок и устранения неполадок на месте.

Возможности многопараметрических измерений

позволяют одним датчикам одновременно измерять расход, температуру и давление, снижая сложность системы и затраты на установку. Усовершенствованные алгоритмы обработки сигналов повышают точность в сложных условиях, в то время как диагностика на основе искусственного интеллекта обнаруживает образование налета или ухудшение производительности до возникновения сбоев.

---

Слияние этих технологий с экосистемами Индустрии 4.0 еще больше внедрит ультразвуковое измерение расхода в автоматизированные и устойчивые промышленные операции, усиливая их роль в интеллектуальном производстве и инициативах по оптимизации процессов.

-Endress+Hauser-

ALLEN BRADLEY 

-YOKOGAWA 

-MTL

-P+F

Limited имеет более чем 10-летний опыт работы на рынке промышленной автоматизации, специализируясь на перепродаже заводских запечатанных датчиков, сенсоров, DCS, изоляционных барьеров, HMI, PLC, адаптеров, разъемов Profibus и кабелей от таких брендов, как BENTLY NEVADA, Endress+Hauser, YOKOGAWA, MTL, Allen-Bradley, Pepperl+Fuchs, Rosemount, ASCO, Schneider, Lenze, Pro-face, Mitsubishi, Omron, Lenze, Delta, Honeywell, Siemens и т. д. Если у вас есть какие-либо запросы, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.