За последнее десятилетие ультразвуковые расходомеры претерпели значительные изменения. Когда-то они были нишевой технологией, а теперь являются одной из самых быстрорастущих систем измерения расхода на рынке.
Первые прототипы этой технологии появились еще в 1960-х годах. Компания Fuji Electric первой разработала ультразвуковые расходомеры, выпустив первую модель FLH в 1975 году.
Несмотря на то, что они доступны на рынке уже несколько десятилетий, ультразвуковые расходомеры получили широкое распространение лишь недавно.
Ультразвуковые расходомеры становятся все более популярными по ряду причин. Достижения в области обработки сигналов позволили улучшить фильтрацию шумов, что привело к повышению точности и эффективности измерения расхода.
Совершенствование технологии обработки сигналов привело к улучшению шумоподавления, что повысило точность измерений расхода. Эти усовершенствования способствовали росту популярности ультразвуковых расходомеров и их широкому применению в различных отраслях промышленности.
По сравнению с механическими расходомерами ультразвуковые расходомеры требуют минимального обслуживания и гораздо более надежны. Поставщики, такие как Fuji Electric, также разработали продукцию, предназначенную для конкретных отраслей промышленности и применений, включая возможность измерения не только жидкостей, но и пара.
Целенаправленное развитие продукции позволило совершить революцию в области измерения расхода и сделать ультразвуковые расходомеры все более популярным выбором во многих отраслях промышленности и компаниях по всему миру.
Чтобы полностью понять ультразвуковой накладной расходомер, необходимо начать с основных принципов работы ультразвуковых расходомеров.
Термин "ультразвуковой" означает частоту звуковых волн, используемых этими устройствами, которая превышает 20 кГц и поэтому неслышна для человеческого уха.
Ультразвуковые расходомеры измеряют расход с помощью высокочастотных звуковых волн, генерируемых преобразователями, которые используют пьезоэлектрические кристаллы для преобразования электрических сигналов в звуковые.
Существует две основные категории ультразвуковых расходомеров: поточные расходомеры и неинтрузивные накладные расходомеры.
Различие заключается в способе передачи, приема и обработки сигналов звуковых волн для измерения расхода.
В рядных расходомерах преобразователи находятся в непосредственном контакте с рабочей жидкостью, обычно устанавливаются на сборную катушку стандартной длины для обеспечения правильного угла наклона и простоты установки.
Рядовые счетчики имеют более долгую историю и, как правило, обеспечивают более высокую точность благодаря отсутствию ухудшения сигнала, вызванного стенками труб, масштабированием и несоответствиями при установке, характерными для накладных счетчиков.
Поэтому для транзакционных приложений часто предпочитают использовать поточные ультразвуковые расходомеры. Транзакционная передача, также известная как фискальный учет, включает в себя приложения для учета расхода, в которых право собственности на измеряемую жидкость передается от одной стороны к другой (выставление счетов).
Хотя эти приложения составляют лишь небольшую часть всех сценариев ультразвукового измерения расхода, они играют решающую роль.
В отличие от рядных счетчиков, неинтрузивные накладные счетчики крепятся к внешней стороне трубы, не вступая в прямой контакт с рабочей жидкостью.
Эти накладные ультразвуковые расходомеры претерпели значительный технологический прогресс, что делает их самыми быстрорастущими из двух типов расходомеров. Более того, ультразвуковые расходомеры обладают исключительными преимуществами, которые способствуют их растущей популярности.
Хотя все ультразвуковые расходомеры используют сигналы звуковых волн, они работают по-разному.
Существует два основных типа накладных ультразвуковых расходомеров: расходомеры времени прохождения и доплеровские расходомеры, которые различаются передачей, приемом и обработкой сигналов звуковой волны.
В расходомерах с транзитным временем используется пара преобразователей, которые выступают в роли передатчиков и приемников сигналов звуковых волн. Скорость звуковых волн в жидкости увеличивается по мере продвижения вниз по течению и замедляется по мере продвижения вверх по течению.
Измеряя разницу во времени между этими сценариями, счетчик может рассчитать скорость жидкости и, следовательно, объемный расход. В сочетании с известной плотностью жидкости можно также определить массовый расход.
Ультразвуковые расходомеры с транзитным временем измерения более универсальны, они способны измерять жидкости и пар, но обычно работают только с одним типом жидкости за раз. Для них требуются жидкости с минимальным содержанием твердых частиц или пузырьков, чтобы избежать помех для сигнала звуковой волны.
С другой стороны, доплеровские расходомеры измеряют частотный сдвиг звукового сигнала, который пропорционален скорости жидкости.
Эти расходомеры полагаются на присутствие твердых частиц или пузырьков воздуха в потоке, чтобы перенаправить сигналы звуковой волны на расходомер.
В результате допплеровские измерители ограничены жидкостями, содержащими твердые частицы или пузырьки воздуха, например, грязными или аэрированными жидкостями и суспензиями.
Счетчики тепловой энергии, также известные как счетчики BTU, измеряют энергию в гидравлических системах отопления и охлаждения с помощью датчиков объемного расхода, датчиков температуры и вычислителя расхода.
С ростом важности экологических норм и финансовых стимулов измерение тепловой энергии становится все более важным для оптимизации систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в системах централизованного энергоснабжения и коммерческих установках.
Накладные ультразвуковые измерители тепловой энергии идеально подходят для модернизации старых систем, поскольку исключают необходимость в дорогостоящих и трудоемких модификациях трубопроводов.
Для точной работы ультразвуковых измерителей времени прохождения жидкости необходимо, чтобы жидкость содержала минимальное количество твердых частиц или пузырьков воздуха. Они могут создавать помехи для сигнала звуковой волны и снижать точность измерений.
До сих пор мы концентрировались на расходомерах с фиксированным креплением, которые устанавливаются в одном месте, часто с электронным блоком, закрепленным на стене или трубе.
Однако конструкция накладных датчиков очень хорошо подходит для портативных решений по измерению расхода. Комбинируя накладные преобразователи с портативной электроникой, можно создавать портативные ультразвуковые расходомеры.
Эти портативные устройства обычно оснащены портативной электроникой, датчиками, креплениями и всеми необходимыми аксессуарами в компактном кейсе.
Переносные расходомеры имеют уникальные возможности применения, которые не могут обеспечить стационарные расходомеры, например, выборочный контроль, проверка точности других расходомеров и временная замена стационарных расходомеров.
Точечный учет предполагает проведение временных измерений расхода в отсутствие стационарного счетчика, часто в рамках общесистемных исследований расхода. Эти исследования помогают пользователям понять потоки по всей системе, установить эталонные потоки и выявить утечки или засоры.
Портативные расходомеры также можно использовать для проверки точности другого расходомера, особенно если он показывает необычные или нестабильные показания. Это поможет определить, в чем заключается проблема - в процессе или в самом расходомере.
В некоторых случаях очистные сооружения требуют периодической калибровки приборов, что может потребовать демонтажа расходомера для калибровки на аккредитованном предприятии. В этот период портативный расходомер может использоваться в качестве временной замены до тех пор, пока стационарный расходомер не будет установлен на место.
Портативный расходомер Fuji Electric предлагает различные варианты вывода сигнала, например, аналоговый, что позволяет легко интегрировать его в системы управления.
Используя как стационарные, так и портативные неинтрузивные ультразвуковые расходомеры, операторы могут максимально улучшить видимость процесса и при этом минимизировать затраты на оборудование.
Общей стратегией является использование стационарных расходомеров для критических измерений и портативных расходомеров для временных измерений, чтобы охватить все потенциальные "мертвые зоны".
Кроме того, Fuji Electric предлагает программы аренды портативных ультразвуковых расходомеров для временных нужд.
Многие профессионалы используют комбинацию стационарных и портативных ультразвуковых накладных расходомеров для оптимизации управления процессом и поддержания рентабельности инвестиций.
В последнее время достижения в области визуализации электроэнергии для достижения энергосбережения сыграли решающую роль в сокращении выбросов парниковых газов.
Однако усилия по экономии энергии при использовании пара отстают из-за трудностей с визуализацией потерь пара.
Для решения этой проблемы потребовался ультразвуковой накладной расходомер пара, который мог быопределять потери пара без разрезания труб.
В то время как накладные расходомеры используются для измерения жидкостей, было трудно разработать приборы для пара из-за его чрезвычайно низкого коэффициента передачи ультразвука из труб.
Используя технологии шумоподавления, волны Лэмба, также известные как ультразвуковые волны, и передовую обработку сигналов, Fuji Electric успешно запустила в 2019 году первый в мире расходомер, способный измерять насыщенный пар при низком давлении.
Ультразвуковой расходомер пара Fuji Electric FSJ использует датчики температуры или давления для измерения тепловой энергии в системах с насыщенным паром.
Благодаря широкому спектру коммуникационных возможностей расходомеры серии FSJ легко интегрируются в системы автоматизации зданий.
Несмотря на то что технология накладных ультразвуковых расходомеров имеет множество преимуществ, чтобы определить, подходит ли она для конкретной области применения, необходимо проанализировать ее особенности.
Как и любая другая технология измерения расхода, накладные ультразвуковые расходомеры обладают уникальным набором преимуществ и недостатков.
Применение ультразвуковых расходомеров с зажимом будет расширяться, поскольку их преимущества перевешивают ограничения для все большего числа приложений, связанных с измерением расхода. В настоящее время эта технология широко распространена в некоторых отраслях промышленности, но в перспективе она должна распространиться и на другие отрасли.
Накладные ультразвуковые расходомеры обладают множеством преимуществ для операторов технологических процессов, которым необходимо измерять расход жидкости и пара в трубах различных размеров и из различных материалов.
Неинвазивная установка устраняет необходимость в дорогостоящей модификации труб или регулярном обслуживании, обеспечивая точные показания без смещения измерений с течением времени.
Кроме того, портативные ультразвуковые расходомеры с зажимом предлагают уникальные возможности применения, которые не могут предложить расходомеры стационарного монтажа, например, для проверки на месте и проверки точности другого расходомера.
Благодаря их универсальности и экономии средств легко понять, почему многие профессионалы используют как ультразвуковые расходомеры со стационарным креплением, так и портативные ультразвуковые расходомеры с зажимом для оптимизации своих процессов.
Когда речь идет обоптимизации видимости процесса и снижении затрат, накладные ультразвуковые расходомеры предлагают уникальный набор преимуществ.
Благодаря неинтрузивной установке, не требующей модификации трубопровода или технического обслуживания, эти устройства имеют широкое применение в таких областях, как районные энергетические системы, промышленные предприятия, фармацевтическое производство, водоочистные сооружения, нефтегазовая промышленность, пищевая промышленность, химическое производство, системы ОВКВ и выборочные проверки для изучения расхода.
Портативные модели расходомеров, вероятно, станут отправной точкой для многих пользователей, учитывая отсутствие других коммерчески жизнеспособных портативных вариантов измерения расхода.
В конечном счете, выбор любого технологического оборудования, включая расходомеры, зависит от конкретных требований к применению и определения наиболее подходящей технологии для удовлетворения этих требований.
