Что такое ультразвуковой расходомер?

Что такое ультразвуковой расходомер?

Ультразвуковой расходомер — это расходомерное устройство, использующее акустическую вибрацию, вызванную ультразвуковыми волнами. Он имеет функцию бесконтактного измерения с измеряемым объектом.

Существует два типа ультразвуковых расходомеров: временные и доплеровские.

Ультразвуковые расходомеры имеют простую конструкцию без потери давления, поскольку в трубе нет препятствий. Они обладают такими характеристиками, как низкая частота отказов, широкий диапазон измерения, они не зависят от плотности и вязкости жидкости и обладают высокой точностью.

Кроме того, ультразвуковые расходомеры представляют собой зажимное устройство и могут быть установлены снаружи трубы для измерения коррозионных жидкостей без коррозии датчика.

Применение ультразвуковых расходомеров

Ультразвуковые расходомеры используются для измерения расхода газов, жидкостей и твердых веществ, движущихся по трубопроводам. В частности, они часто используются для контроля расхода жидкостей на водоочистных сооружениях и заводах.

Среди ультразвуковых расходомеров метод разности времени распространения не может гарантировать точность измерения, если в него добавлены твердые частицы или пузырьки. Поэтому он используется для измерения жидкостей с высокой чистотой, например, для управления расходом химикатов на заводах по производству полупроводников.

С другой стороны, метод Доплера использует твердые вещества и пузырьки в жидкости для измерения расхода, поэтому он используется для измерения расхода взвешенных жидкостей, например, шлама и сточных вод.

Ультразвуковые расходомеры представляют собой зажимное устройство, которое крепится к внешней стороне трубопровода и отсоединяется от него как для метода разности времени распространения, так и для метода Доплера, и передает и принимает ультразвуковые волны снаружи трубопровода. Это означает, что внутри трубопровода нет никаких препятствий, а потеря давления равна нулю.

Простая структура затрудняет их разрушение, и они не подвержены влиянию плотности или вязкости жидкости. Кроме того, поскольку нет необходимости размещать датчики или другие компоненты внутри трубопровода, коррозионные жидкости можно измерять, не вызывая коррозии компонентов.

Принцип работы ультразвуковых расходомеров

Существует два типа ультразвуковых расходомеров: дифференциальные по времени и доплеровские, каждый из которых имеет различную конфигурацию.

1. Ультразвуковые расходомеры с распространением разности времени

Ультразвуковой расходомер с дифференциальным временем является наиболее распространенным типом ультразвукового расходомера. Они предназначены для передачи и приема ультразвуковых волн по диагонали через жидкость от восходящего потока к нисходящему потоку и наоборот.

Если жидкость не движется, скорость распространения ультразвуковых волн, передаваемых в прямом направлении, такая же, как скорость распространения ультразвуковых волн, передаваемых в обратном направлении. Однако, если жидкость движется, скорость распространения ультразвуковых волн, передаваемых в прямом направлении, будет равна скорости жидкости плюс скорость ультразвуковых волн, передаваемых в обратном направлении.

С другой стороны, скорость распространения ультразвуковых волн, передаваемых в обратном направлении, равна скорости жидкости минус скорость жидкости. Ультразвуковой расходомер вычисляет скорость жидкости из этой разницы в скорости, а затем вычисляет расход.

Благодаря этой структуре и принципу ультразвуковые расходомеры имеют высокую точность измерения расхода. Однако, если в жидкости есть твердые частицы или пузырьки, точность измерения не может быть сохранена и измерение не может быть выполнено.

2. Доплеровский ультразвуковой расходомер

Ультразвуковые расходомеры Доплера используют эффект Доплера. Эффект Доплера типичен для явления, когда звук сирены скорой помощи слышен по-разному при приближении и удалении. Это явление возникает из-за того, что кажущаяся длина волны звуковой волны изменяется, когда источник звука приближается к наблюдателю и когда он удаляется от наблюдателя.

Они используют преобразователь для излучения ультразвуковых волн в жидкость, текущую внутри трубы, и используют явление, при котором ультразвуковые волны отражаются зернами и пузырьками в жидкости. Затем преобразователь принимает ультразвуковые волны, в которых длина волны смещается из-за отражений от зерен и пузырьков.

Поскольку существует линейная зависимость между изменением частоты ультразвуковой волны и скоростью потока, расход можно рассчитать по скорости потока.

Другая информация об ультразвуковых расходомерах

1. Проблемы, связанные с пузырьками в ультразвуковых расходомерах с дифференциальным во времени распространением

При измерении расхода газа или жидкости с помощью дифференциального во времени ультразвукового расходомера на измеренное значение влияет распределение скорости в системе, поэтому необходимо выпрямить сторону выше по потоку расходомера.

Особенно, когда скорость потока жидкости высока, кавитация, вероятно, возникнет выше по потоку от измерительного устройства и в системе. Когда возникает кавитация, в жидкости легко образуются или смешиваются пузырьки воздуха, и точность измерения дифференциального ультразвукового расходомера времени не может быть гарантирована.

Контрмерой против этих пузырьков является установка газожидкостного разделительного резервуара выше по потоку от устройства. Однако это требует модификации существующего оборудования, а стоимость является недостатком.

Поэтому в последние годы были разработаны ультразвуковые расходомеры с функцией измерения расхода путем отмены данных при прохождении пузырьков.

2. Преимущества ультразвуковых расходомеров с зажимом

Существуют объемные расходомеры, турбинные расходомеры, расходомеры с ячейками потока и т. д., но все они требуют установки чувствительного элемента в трубопроводе для измерения расхода жидкости в трубопроводе. Для вновь построенных объектов местоположение расходомера может быть определено на этапе проектирования, а его технические характеристики могут быть окончательно согласованы.

Однако в случае существующих объектов существует много случаев, когда требуются модификации трубопровода и оборудование должно быть отключено. Например, при установке расходомера дифференциального давления или турбинного расходомера на существующем объекте требуется резка трубопровода.

Однако ультразвуковой расходомер с накладным креплением не требует никаких работ по трубопроводу и может быть легко установлен на существующем объекте.