Ultraääniaaltojen avulla voidaan mitata luotettavasti monenlaisten kaasujen ja nesteiden virtausmäärä - riippumatta sähköjohtavuudesta, paineesta, lämpötilasta tai viskositeetista.
Vastavirtaan uiminen edellyttää enemmän voimaa ja aikaa kuin virran mukana uiminen. Tämä yksinkertainen fakta on ultraäänivirtausmittauksen perusta "kulkuaikaero"-menetelmän mukaan. Tässä menetelmässä käytetään kahta anturia, jotka on asetettu mittausputkeen toisiaan vastapäätä.
Jokainen anturi voi vaihtoehtoisesti lähettää tai vastaanottaa ultraäänisignaaleja ja mitata samanaikaisesti signaalin kulkuaikaa. Heti, kun neste alkaa virrata putkessa, signaalien nopeutta kiihdytetään virtauksen suuntaan, mutta viivytetään vastakkaiseen suuntaan. Kahden anturin mittaama kulkuaikaero on suhteutettavissa suoraan virtausnopeuteen.
Katso videolta, miten ultraäänivirtausmittausperiaate toimii ja lue siitä lisää täältä!
Ultraäänivirtausmittareiden edut yhdellä silmäyksellä
- Yleinen mittausperiaate nesteille ja kaasuille
- Monimuuttujamittaus – samanaikainen massavirtauksen, tiheyden, lämpötilan ja viskositeetin mittaus
- Suuri mittaustarkkuus: tyypillisesti ±0,1%, vaihtoehtoisesti: ±0,05% (PremiumCal)
- Mittausperiaate ei riipu nesteen fyysisistä ominaisuuksista tai virtausprofiilista
- Sisäänmenoja/ulostuloja ei tarvita
Erilaisia aineita kuljetetaan ja jaetaan putkistoissa joka päivä.
Ne voivat sisältää liuottimia ja kemikaaleja, kasviöljyä elintarviketeollisuudessa, jäähdytysnesteitä primaariteollisuuteen tai petrokemian tuotteita.
Putkien läpi virtaavilla nesteillä on usein täysin erilaiset ominaisuudet. Näin ollen niiden mittaamisessa tarvitaan erilaisia periaatteita.
Yksi periaate on virtausmittaus, joka perustuu erilaiseen siirtymäajan menetelmään ultraääntä käyttäen.
Tämän periaatteen perusfysiikka voidaan jäljittää englantilaiseen fyysikkoon ja Nobel-palkinnon voittajaan lordi Raleighiin.
Hänen vuonna 1877 julkaistussa kirjassaan "Theory of Sound" kuvataan ääniaaltojen leviämistä kiinteissä aineissa ja kaasuissa.
Näin tämä mittausmenetelmä toimii:
Ultraäänivirtausmittarin sisällä anturiparit on asennettu toisiaan vastapäätä mittaputkessa.
Jokainen yksittäinen anturi voi vaihtoehtoisesti lähettää tai vastaanottaa ultraäänisignaaleja. Samanaikaisesti näiden signaalien kauttakulkuajat mitataan.
Ultraäänisignaalit syntyvät pietsosähkökiteillä, jotka käyttävät jännitettä. Käänteisesti pietsosähköinen kide luo jännitteen, kun ultraäänisignaali vaikuttaa anturiin.
Lisäämällä anturiparien lukumäärää on mahdollista havaita ja matemaattisesti kompensoida virtausprofiilin vääristymät koko putken poikkileikkauksen osalta.
Missään virtausolosuhteissa, ylä- tai alavirtaan, signaalin siirtymäajat eivät ole samat.
Kun neste alkaa virtaamaan mittaputkessa, ultraäänisignaaleja kiihdytetään virtauksen suuntaan ja hidastetaan virtausta vasten.
Seurauksena on, että ultraäänisignaaleilla on nyt erilaiset kauttakulkuajat - virtauksen suuntaan kuuluu vähemmän aikaa ja virtausta vastaan enemmän aikaa.
Siksi antureiden mittaama kulkuaikaero on suhteutettavissa suoraan putken virtausnopeuteen.
Yhdessä tunnetun putken poikkileikkauksen kanssa voidaan laskea todellinen virtausmäärä.
Mitä suurempi virtausnopeus, sitä suurempi mitattu aikaero kahden ultraäänisignaalin välillä.
Ultraäänivirtauksen mittaamiseksi antureita ei välttämättä tarvitse asentaa putken seinämään.
Esimerkiksi clamp-on-rakenteiset anturit kiinnitetään suoraan putken ulkopuolelle. Tämä tarkoittaa, että ne voidaan jälkiasentaa milloin tahansa keskeyttämättä prosessia.
Clamp-on-antureilla ultraäänisignaali kulkee suoraan putken seinämän läpi ja nesteeseen. Signaali jatkuu nesteen halki, heijastuu vastakkaiseen putken seinämään ja sitten toinen anturi mittaa sen - tässä esimerkissä kaksi-ristiasennuksen avulla.
Clamp-on-rakenne on ainutlaatuinen, koska virtauksia voidaan mitata erittäin suurissa putkissa, joiden halkaisija on jopa 4 metriä. Tämä laajentaa mahdollisia sovellusalueita, esimerkiksi vesi- ja vesivoimalaitoksissa.
Joustava asennus, prosessiturvallisuus ja kustannustehokkuus ovat ultraäänivirtausmittauksen tunnistettavimmat edut.
Meillä on oikea ratkaisu kaikkiin sovelluksiin.
Endress+Hauser - kaikki mittausteknologian tarpeet samalta toimittajalta!
%20with%20flange%20connections%20for%20accurate%20measurement%20of%20natural%20and%20process%20gas%20-%20PP01.jpg "Picture of ultrasonic flowmeter Proline Prosonic Flow G 300 / 9G3B - Highly robust gas specialist")
