고속도로 근처에 서서 구급차 사이렌이 당신을 향해 돌진할 때 더 높은 소리를 내고 속도가 빨라질 때 거의 슬픈 소리로 떨어지는 것을 본 적이 있다면-축하합니다.초음파 유량계막대. 대부분의 사람들은 그 순간을 두 번 생각하지 않습니다. 엔지니어들이 그랬습니다.
초음파 유량계는 음파를 반사시켜 파이프를 통해 액체가 얼마나 빠르게 이동하는지 측정합니다. 움직이는 부품이 없습니다. 유체와 직접 접촉하지 마십시오. 소리가 이동하고, 튀고, 이동하는-소리를 해보세요. 이 기술은 엄밀히 말하면 새로운 것은 아니지만 지난 수십 년 동안 우리가 기술을 개선해 온 방식은 어떻습니까? 그것이 일이 흥미로워지는 곳입니다.
아무도 듣지 못하는 소리
초음파에 관한 내용은 다음과 같습니다.-문자 그대로 '소리 너머'를 의미합니다. 우리는 인간의 귀가 감지할 수 있는 주파수를 훨씬 넘어서는 20kHz 이상의 주파수를 말하고 있습니다. 개들은 기운을 차릴지 모르지만 아무 소리도 들리지 않을 것입니다. 미터는 눈에 보이지 않는 음향 펄스를 파이프로 보내고, 다음에 일어나는 일에 따라 유량 판독값을 얻습니다.
두 가지 주요 접근 방식이 존재합니다. 도플러 유형 및 운송-시간 유형. 그들은 동일한 초음파 DNA를 공유함에도 불구하고 근본적으로 다른 동물이며, 귀하의 응용 분야에 잘못된 것을 선택하는 것은 공급업체가 인정하고 싶어하는 것보다 더 자주 발생하는 쉬운 실수입니다.
도플러 버전에 더러운 액체가 필요한 이유
도플러 초음파 측정기는 소리를 다시 반사하기 위해 유체에 무언가가 필요합니다. 입자. 거품. 엔지니어가 "음향적 불연속성"이라고 부르는 것을 생성하는 모든 것입니다. 그것들이 없으면 아무 것도 없습니다.-신호는 빛이 유리를 통과하는 것처럼 통과합니다.
따라서 도플러 측정기는 폐수, 슬러리, 약 100ppm 이상의 부유 물질이 있는 모든 것에 적합합니다. 최소 입자 크기는? 약 100미크론 정도입니다. 그보다 작으면 반사가 신뢰할 수 없게 됩니다. 미터는 전송된 주파수와 비교하여 반사된 주파수가 얼마나 이동하는지에 따라 속도를 계산합니다. 유량이 높을수록 변화가 커집니다. 이론적으로는 충분히 간단합니다.
하지만 사람들을 당황하게 만드는 것은 바로 여기에 있습니다. 미터는 액체 자체가 아니라 입자의 속도를 측정합니다. 일반적으로 괜찮습니다.-입자가 흐름에 따라 움직입니다. 하지만 난류가 심한 조건이나 층화된 흐름에서는 합리적으로 보이지만 완전히 옳지 않은 판독값을 얻을 수 있습니다. 알 가치가 있습니다.
운송-시간: 깨끗한 액체 선택
운송-시간 측정기는 다르게 작동합니다. 두 개의 변환기가 파이프를 가로질러 서로 마주보게 됩니다. 하나는 다운스트림으로 펄스를 보내고, 다른 하나는 업스트림으로 펄스를 보냅니다. 정지된 액체에서는 두 펄스가 동시에 도달합니다. 흐름을 추가하면 하류 펄스는 전류를 타고 있기 때문에 더 빨리 도착하는 반면 상류 펄스는 이에 맞서 싸웁니다.
그 두 도착 사이의 시간 차이는 무엇입니까? 그것이 당신의 유속입니다.
입자가 필요하지 않습니다. 실제로 입자는 상황을 더욱 악화시킵니다.-신호를 산란시키고 정확도를 저하시킵니다. 운송-시간 측정기는 깨끗한 액체를 원합니다. 물. 유화. 특정 화학물질. 깨끗할수록 좋습니다.
정확도는 이상적인 조건에서 판독값의 ±0.5%에 도달할 수 있는데, 이는 비침습적 측정의 경우 정말 인상적입니다.- 실제{3}}설치는 일반적으로 파이프 상태, 유체 특성, 설치 품질에 따라 1{5}}3% 사이에 위치합니다. 교과서 예제에서는 편리하게 무시하는 모든 변수입니다.
클램프-설치 시(모두가 좋아하는 이유)
대부분의 초음파 계측기는 기존 파이프에 직접 고정됩니다. 드릴링이 없습니다. 종료되지 않습니다. 유지 관리 감독자가 근처에 작은 심장 문제가 있는 동안에는 가압 라인을 절단하지 마십시오.
음향 커플링 화합물-기본적으로 초음파 그리스-를 파이프 외부에 변환기에 바르고 매개변수를 구성한 다음 흐름을 측정합니다. 날씨가 좋은 날에는 전체 과정이 한 시간 정도 걸릴 수도 있습니다. 배수 라인, 파이프 절단, 용접 플랜지, 압력 테스트 등이 필요한 오리피스 플레이트 또는 터빈 미터를 설치하는 것과 비교해 보십시오.
이식성은 누구도 충분히 언급하지 않는 또 다른 장점입니다. 미터의 동일한 클램프-는 수십 개의 측정 지점 사이를 이동할 수 있습니다. 30개의 별도 장비를 구입하지 않고 전체 시설의 흐름 분포를 감사하시겠습니까? 그것은 실제 돈을 절약한 것입니다.
파이프 벽 문제
완벽한 것은 없습니다. 초음파 신호는 파이프 벽을 두 번-들어가고 한 번 통과해야 합니다. 모든 벽 재료는 신호에 다르게 영향을 미칩니다.
스테인레스 스틸은 초음파를 효율적으로, 때로는 너무 효율적으로 수행합니다. 신호는 액체를 통과하는 것보다 더 빠르게 파이프 벽을 따라 이동할 수 있어 전자 장치를 혼란스럽게 하는 누화를 생성합니다. 탄소강이 더 잘 작동합니다. 플라스틱 파이프는 합리적으로 잘 작동하지만 다른 변환기 구성이 필요합니다. 콘크리트-라인 파이프? 구리? 유리섬유-강화 소재? 각각은 "까다롭지만 관리하기 쉬운" 것부터 "다른 기술 찾기"까지 다양한 과제를 제시합니다.
파이프 라이닝은 특히 문제가 됩니다. 부식을 방지하는 고무 코팅이요? 초음파 신호를 완전히 흡수할 수도 있습니다. 성능이 저하된 라이너와 파이프 벽 사이에 에어 갭이 있습니까? 더 나쁘다. 일부 설치에서는 라이너 상태가 악화되면 정확도가 ±20%로 떨어지거나 완전히 실패한다고 보고합니다. 정기점검이 중요합니다.
온도 변화 및 기타 두통
매질을 통한 초음파 속도는 온도에 따라 달라집니다. 액체가 뜨거울수록 소리 전파가 빨라집니다(일반적으로). 미터는 수학적으로 보상하지만 측정 중 극심한 온도 변화로 인해 오류가 발생할 수 있습니다.{2}}전자 장치는 현재 온도를 기준으로 계산하며 음향 펄스는 순간적으로 변할 수 있는 액체를 통해 이동합니다.
대부분의 현대 계량기는 이를 잘 처리합니다. 하지만 프로세스에 급속한 열 순환이 포함된 경우 시운전 중에 문제를 발견하기보다는 구매하기 전에 공급업체에 이를 언급하십시오.
진동도 비슷한 문제를 야기합니다. 근처의 중장비는 음향 결합으로 인해 트랜스듀서를 느슨하게 흔들 수 있습니다. 적절한 장착은 이 문제를 해결하지만 "올바른 장착"은 설치자마다 다른 의미를 갖습니다. 안전한 기계적 부착과 넉넉한 커플링 컴파운드를 적절하게 적용하면 매번 화려한 브래킷 디자인보다 뛰어납니다.
전체 파이프 요구 사항
이것은 사람들을 경계하게 만듭니다. 초음파 유량계에는 완전히 채워진 파이프가 필요합니다. 부분적으로 채워진 선-일반적인 중력-공급 시스템 또는 대형 배관-은 의미 없는 판독값을 제공합니다. 유량계는 속도로부터 체적 유량을 계산할 때 액체가 전체 단면을 채우는 것으로 가정합니다.{6}} 파이프의 절반에만 액체가 들어 있는 경우 실제 유량은 디스플레이에 표시된 유량의 절반입니다.
일부 제조업체는 부분적으로 채워진 파이프에 대한 특수 구성을 제공하지만 이로 인해 비용과 복잡성이 추가됩니다. 전체 파이프 상태가 보장되거나 특정 측정 지점이 초음파 기술에 적합하지 않은 경우 설치가 더 쉽습니다.
크기 조정 유연성
많은 유량 기술과 달리 초음파 측정기는 확장성이 매우 뛰어납니다. 동일한 기본 원리가 0.5-인치 튜빙에서 직경 수 미터의 파이프라인까지 적용됩니다. 해양 석유 플랫폼은 대규모 원유 이송 라인에 초음파 계량기를 사용합니다. 제약 공장에서는 작은 공정 흐름에 이를 사용합니다. 다양한 변환기 크기, 다양한 장착 구성, 동일한 물리적 특성.
이 범위는 초음파를 배관 크기가 다양한 시설에 매력적인 옵션으로 만듭니다. 하나의 기술로 직원을 교육하는 것은 다섯 가지 다른 계량기 유형에 대한 전문 지식을 유지하는 것보다 뛰어납니다.
실제로 사용되는 곳
석유 및 가스는 특히 파이프를 통해 이동하는 제품의 양에 따라 돈이 바뀌는 상거래-고위험 측정의 경우 초음파 시장을 지배하고 있습니다. 4개, 6개 또는 8개의 변환기 쌍을 갖춘 다중-경로 전송-시간 측정기는 해당 응용 분야에서 요구하는 정밀도를 달성합니다.
물 및 폐수 처리 시설은 슬러지 라인 및 유입수 모니터링을 위해 도플러 유형에 크게 의존합니다. 화학 처리는 유체 특성에 따라 두 가지 유형을 모두 사용합니다. HVAC 시스템은 냉수 및 온수 모니터링에 이를 사용합니다. 식품 및 음료 응용 분야는 오염 위험을 방지하는 클램프{3}}설계를 선호합니다.
채광 작업에서는 도플러 미터를 세게 밀어서 몇 주 안에 침입 센서를 파괴할 수 있는 연마 입자를 운반하는 슬러리를 측정합니다. 미터는 유체에 닿지 않기 때문에 살아남습니다. 마모된 표면이 없습니다. 교체 부품이 없습니다. 살인적인 슬러리가 내부로 흐르는 동안 파이프 외부에 평화롭게 앉아 있는 변환기만 있습니다.
유지보수 현실
마케팅 자료에서는 "유지 관리가 전혀 필요하지 않습니다"라고 주장하는 것을 좋아합니다. 그것은 낙관적입니다. 더욱 정확함: 기계식 계량기에 비해 유지 관리 요구 사항이 최소화됩니다.
변환기는 정기적인 검사가 필요합니다. 커플링 컴파운드가 건조해져서 재충전이 필요합니다. 전자 장치는 시간이 지남에 따라 표류하며 참조 표준에 대한 검증을 통해 이점을 얻습니다. 펌웨어 업데이트는 버그를 해결하거나 알고리즘을 개선합니다. 휴대용 장치의 배터리가 방전되었습니다.
이 중 어느 것도 회전 구성 요소가 있는 용적형 계기, 결국 고장나는 베어링이 있는 터빈 계기 또는 부식되는 셰더 바가 있는 와류 계기의 유지 관리 부담에 접근하지 않습니다. 하지만 '최소'는 '0'이 아닙니다. 그에 따라 예산을 책정하세요.
비용 고려 사항
초기 구매 가격은 기본 기계식 계량기보다 높으며, 고급-코리올리스 또는 정교한 전자기 설계보다 낮습니다. 클램프-설치는 배관 수정이 필요한 인라인 대안에 비해 총 배포 비용을 절감합니다.
장기-경제학에서는 일반적으로 초음파를 선호합니다. 압력 강하가 없다는 것은 흐름 제한을 통해 유체를 밀어내는 데 에너지가 낭비되지 않는다는 것을 의미합니다. 젖은 부품이 없다는 것은 부식-관련 교체 비용이 없다는 것을 의미합니다. 이식성은 1미터가 여러 위치에 서비스를 제공한다는 것을 의미합니다. 이러한 이점이 더 높은 초기 비용보다 중요한지 여부는 특정 상황, 예상 서비스 수명 및 파이프 절단에 대한 가치에 따라 달라집니다.
최종 생각(일종)
초음파 유량계는 들리지 않는 음파의 주파수 이동과 같은 추상적인 것을 사용하여 액체 속도만큼 실용적인 것을 측정하는 진정한 엔지니어링 기술을 나타냅니다.{0}} 이 기술은 1970년대 초기 상용 배포 이후 상당히 발전했으며 신호 처리가 더욱 스마트해지고 변환기 설계가 발전함에 따라 계속해서 개선되고 있습니다.
이는 보편적인 솔루션이 아닙니다. 폭기된 깨끗한 액체는 도플러 측정기를 혼란스럽게 합니다. 입자가 많은-하천은 대중교통-시간 설계를 무너뜨립니다. 라이닝된 파이프는 문제를 일으킵니다. 부분적으로 채워진 파이프는 더 큰 문제를 야기합니다. 모든 기술에는 사각지대가 있습니다.
그러나 적합한 응용 분야에 대해{0}}많은-초음파 측정기가 대체 기술이 따라잡기 힘든 정확성, 비침습성 및 신뢰성의 조합을 제공합니다. 아까 퀴즈처럼 보였던 구급차 사이렌 물리학? 산업용 계측 분야에서는 연간 수십억 달러의 가치가 있는 것으로 나타났습니다. Christian Doppler는 아마도 그것이 재미있다고 생각할 것입니다.
