Przepływomierze ultradźwiękowe  

Metoda pomiaru przepływu za pomocą fal ultradźwiękowych to jedna z najnowocześniejszych sposobów pomiaru bezinwazyjnego cieczy i gazów. Umożliwia pomiar przepływu bez interwencji w strukturę rurociągu. W przeciwieństwie do tradycyjnych wykonań, przepływomierze ultradźwiękowe nie wymagają kontaktu z medium. Aby je wykorzystać wystarczy wprowadzić podstawowe informacje o konkretnej instalacji (np. średnica, kształt przewodu, medium, lub jego parametry) i w odpowiedniej konfiguracji zamontować przetworniki ultradźwiękowe. 

Budowa przepływomierza ultradźwiękowego 

Typowy przepływomierz ultradźwiękowy składa się z trzech głównych elementów:  

• 2X Przetworniki ultradźwiękowe - pracują naprzemiennie jako dostawca i odbiorca przesyłając sobie sygnał.  

• Koble sygnałowe- umożliwiają przesyłanie sygnału z przetworników ultradźwiękowych do przetwornika pomiarowego izolując go od otoczenia.  

• Przetwornik pomiarowy - umożliwia konwersję i korekcje otrzymanego sygnału na formę przystępną dla użytkownika.  

Zasada działania przepływomierza ultradźwiękowego 

Działanie przepływomierza ultradźwiękowego zwykle opiera się na jednej z dwóch technik pomiarowych:  

• Dopllera, 

• czasu przejścia sygnału. 

Przepływomierz ultradźwiękowy Dopplera 

Przepływomierz ultradźwiękowy Dopllera wykorzystuje efekt Dopllera, który polega na zmianie częstotliwości fali odbitej od poruszających się cząstek w strumieniu przepływającego medium (cieczy). Przepływomierz ultradźwiękowy posiada nadajnik, który emituje falę ultradźwiękową. Fala odbija się od zawieszonych w cieczy cząstek stałych lub pęcherzyków gazu. Odbita fala powraca do odbiornika. Jeżeli cząsteczki poruszają się razem z cieczą, fala odbita ma inną częstotliwość niż fala wysłana. Na podstawie tej różnicy określa się prędkość przepływu. Na tej zasadzie działa przepływomierz ultradźwiękowy FlorProXci. 

Przepływomierze ultradźwiękowe wykorzystujące efekt Dopllera to idealne rozwiązanie do pomiaru przepływu cieczy brudnych, które zawierają cząstki stałe.  

Przepływomierz ultradźwiękowy typu transit-time 

Inną techniką pomiarową wykorzystywaną w przepływomierzach ultradźwiękowych jest metoda pomiaru różnicy czasu przebiegu sygnału. Technologia ta opiera się na montażu dwóch przetworników ultradźwiękowych po zewnętrznej stronie rurociągu, które są połączone z zaawansowaną elektroniką analizującą dane. 

Przetworniki te pracują naprzemiennie jako nadajnik i odbiornik, wysyłając i odbierając impulsy ultradźwiękowe. Podczas tego procesu rejestrowany jest czas przejścia sygnału w obu kierunkach – zgodnie z przepływem (t₁) oraz przeciwnie do niego (t₂). Pomiar za pomocą takiej aparatury odbywa się zazwyczaj wielokrotnie, co znacząco zwiększa precyzję i stabilność wyników. 

Zasada działania opiera się na tym, że sygnał ultradźwiękowy przemieszczający się zgodnie z kierunkiem przepływu jest przyspieszany, a ten biegnący przeciwnie – spowalniany. Różnica czasów dotarcia (∆t = t₂ – t₁) jest proporcjonalna do prędkości przepływu, a znając geometrię rurociągu, system może precyzyjnie wyliczyć wartość przepływu objętościowego. 

Sensory tego typu w zależności od miejsca, aplikacji oraz używanej siły dźwięku mogą być podłączone w konfiguracjach Z, V lub W.  

Konfiguracja V - podłączenie czujników po tej samej stronie rurociągu w takiej odległości, aby sygnał jednokrotnie odbił się od przeciwległej ścianki przewodu. Typowy w przypadku ustawienia standardowej mocy.  

Konfiguracja Z- podłączenie czujników po przeciwnych stronach rurociągu. Typowy w przypadku ustawienia dużej mocy.  

Konfiguracja W- podłączenie czujników po tej samej stronie rurociągu, w odległości większej niż w przypadku V, ponieważ sygnał ma się odbić dwukrotnie od przeciwległej ścianki przewodu. Typowy w przypadku ustawienia niskiej mocy. 

Przepływomierz ultradźwiękowy w wersji inwazyjnej i bezinwazyjnej 

Przepływomierze ultradźwiękowe mogą występować w dwóch wersjach: inwazyjnej tj. ingerującej w rurociąg oraz wersji bezinwazyjnej - clamp-on tj. bez ingerencji w rurociąg. W wersji bezinwazyjnej czujniki ultradźwiękowe nie mają styczności z medium, dzięki czemu przepływomierze tego typu mogą być stosowane do pomiaru przepływu agresywnych mediów. Dużą zaletą przepływomierza ultradźwiękowego typu clamp-on jest szybki i prosty montaż. Przykładem takiego rozwiązania jest przepływomierz ultradźwiękowy Deltawave w wersji stacjonarnej lub bateryjnej.

Zastosowanie przepływomierzy ultradźwiękowych  

Przepływomierze ultradźwiękowe mają bardzo szerokie zastosowanie w różnych branżach. W odróżnieniu od przepływomierzy elektromagnetycznych, przepływomierze ultradźwiękowe mogą być wykorzystywane do pomiaru przepływu cieczy nieprzewodzących prądu elektrycznego. Dlatego przepływomierze tego typu są dobrym rozwiązaniem do pomiaru przepływu cieczy destylowanych, olejów i paliw.  

Energetyka 

• Kontrola obiegu wody chłodzącej, 

• Pomiar przesyłania ciepła na duże odległości, 

• Pomiaru zużycia oleju opałowego. 

 Wodociągi i oczyszczalnie 

• Pomiary przepływu w oczyszczalniach (wejście/wyjście), 

• Monitoring sieci wodociągowej, 

• Detekcja wycieków, 

• Analiza zużycia i rozliczenia.  

 Przemysł chemiczny i petrochemiczny 

• Monitorowanie przepływu ropy i olejów, 

• Obsługa agresywnych i toksycznych cieczy, 

• Kontrola przepływu nośników ciepła, np. oleju termicznego. 

 Przemysł spożywczy 

• Dokładny i higieniczny pomiar mediów produkcyjnych, 

• Dozowanie płynów i cieczy, 

• Pomiar wody, napojów i roztworów czyszczących 

▶ Ciekawostka: Ultradźwiękowe przepływomierze Dopplera używane są również w medycynie do bezinwazyjnego pomiaru przepływu krwi w tętnicach i żyłach.