Ультразвуковые расходомеры достоинства и недостатки

Расходомером называют оборудование, замеряющее объем рабочей жидкости, пропущенной через трубопровод за определенный промежуток времени. Сегодня на рынке представлены модели с разным принципом действия, каждая из них имеет свой набор эксплуатационных характеристик. Одними из наиболее востребованных считаются электромагнитные и ультразвуковые варианты. Для этих приборов характерна высокая точность измерений, простота в использовании, надежность и стабильность в работе. Однако они имеют свои отличия, плюсы и минусы. Об этом пойдет речь ниже.

Особенности электромагнитных устройств

В основе работы расходомеров данного типа лежит закон электромагнитной индукции. Под действием воды или другой токопроводящей рабочей среды, которая проходит сквозь магнитное поле, формируются электротоки. То есть рабочая среда проходит между магнитными полюсами и создает электродвижущую силу. Между электродами возникает напряжение, которое фиксируется прибором. На основании полученных данных вычисляется объем рабочей среды, которая прошла через трубопровод.

К преимуществам электромагнитных расходомеров относятся:

Однако корректность работы прибора зависит от таких факторов:

К недостаткам приборов относят возможность использования исключительно с токопроводящей рабочей жидкостью, например, водой. Электромагнитные модели нашли применение в общедомовом учете энергопотребления и других сферах. Однако они используются реже из-за низкого качества токопроводящей рабочей среды на многих объектах.

Ультразвуковой теплосчетчик с радиовыходом «Пульсар IoT» предназначен для поквартирного учета расхода тепловой энергии. Он монтируется в систему трубопровода с горизонтальной разводкой труб. Для считывания данных не требуется доступ к прибору учета и присутствие жильца — передача осуществляется на диспетчерское устройство по радиоканалу. Использование радиоканала позволяет передавать информацию независимо от наличия сигнала сотовой связи. Радиомодуль является автономным устройством — работает от встроенной батареи.
Теплосчетчики с радиовыходом «Пульсар IoT» производства НПП «ТЕПЛОВОДОХРАН» — высокоточные и надежные приборы с функцией самодиагностики. Интервал работы между поверками составляет шесть лет.

Ультразвуковой квартирный теплосчетчик «Пульсар» с цифровым выходом представляет собой компактный прибор, предназначенный для учета расхода тепловой энергии в квартире, частном доме, небольшом офисном или торговом помещении. Устанавливается в трубопровод, обеспечивающий теплоснабжение объекта. Рассчитан на визуальное считывание данных. Прибор оснащен цифровым интерфейсом RS485, позволяющим передавать данные на диспетчерский пункт, расположенный на расстоянии. Это позволяет считывать данные без непосредственного доступа к устройству и даже без посещения квартиры, в которой оно расположено.
Компания «ТЕПЛОВОДОХРАН» реализует высококачественные теплосчетчики отечественного производства. Гарантийный срок службы — 6 лет.

Ультразвуковой теплосчетчик «Пульсар» с импульсным выходом — предназначен для измерений: количества тепловой энергии, энергии охлаждения, тепловой мощности, объемного расхода (объема), температуры, разницы температур теплоносителя (воды). Прибор оснащен импульсным выходом, который выдает импульсы на вторичный прибор, считающий импульсы и передающий информацию в диспетчерский пункт. Это позволяет считывать данные без непосредственного доступа к устройству и даже без посещения квартиры, в которой оно расположено. Теплосчетчик может использоваться для измерения тепла в тупиковой системе горячего водоснабжения, как счетчик горячей воды, определяющий объем воды, температура которой выше заданного значения. Теплосчетчик включает в себя преобразователь расхода, вычислитель и пару платиновых термопреобразователей сопротивления. Принцип работы теплосчетчика состоит в измерении объема и температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и последующем определении тепловой энергии, путем обработки результатов измерений вычислителем.

Особенности ультразвуковых расходомеров

Расходомеры данной категории оснащены передатчиками ультразвуковых сигналов. При движении потока рабочей среды замеряется скорость прохождения сигнала от генерирующего устройства к принимающему. УЗ-излучатель передает сигнал, который по прошествии определенного временного интервала фиксируется принимающим устройством. Если вектор движения сигнала совпадает с движением потока, время прохождения уменьшается, если векторы противоположные — увеличивается. Вычислив разность времени прохождения сигнала вдоль потока и против него, прибор рассчитывает объемный расход рабочей среды. Большинство моделей ультразвуковых расходомеров комплектуются электронным вычислительным механизмом, блоком управления, выходом для дистанционной передачи данных, информативным жидкокристаллическим дисплеем. Такие расходомеры нашли свое применение в жилом секторе и различных сферах промышленности.

К другим преимуществам ультразвуковых расходомеров относятся:

Расходомеры данного типа рассчитаны на средний динамический диапазон измерений. К их незначительным минусам можно отнести чувствительность к воздействию вибраций, восприимчивость к веществам, которые поглощают или отражают ультразвуковые волны, чувствительность к перекосам водяного потока. Все эти проблемы решаются правильной установкой прибора.

Примеры ультразвуковых расходомеров торговой марки «Пульсар»

ООО НПП «ТЕПЛОВОДОХРАН» производит ультразвуковые расходомеры разного назначения, в том числе:

Приборы, оснащенные выходами для дистанционной передачи данных, могут интегрироваться в единую автоматизированную систему учета и контроля энергопотребления.

Модели торговой марки «Пульсар» могут эксплуатироваться в системах с рабочей средой, содержащей сторонние примеси. Они стали лучшей альтернативой электромагнитным счетчикам в системах, где вместо воды в качестве рабочей среды используются другие типы жидкостей, не обладающие электропроводностью. Устройства комплектуются собственным источником питания — высококачественной энергоемкой батареей, поэтому работают автономно и не зависят от подачи электроэнергии на объект.

Какой расходомер выбрать — потребитель решает сам, принимая во внимание особенности объекта, тип рабочей среды, диаметр условного прохода трубы, задачи по организации учета энергоресурсов, финансовые возможности.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 декабря 2017 года; проверки требуют 11 правок.

Ультразвуковыми расходомерами называют расходомеры, принцип работы которых основан в прохождении ультразвуковой волны через поток жидкости или газа. Ультразвуковые расходомеры работают в диапазоне частот от 20кГц до 1000 МГц.

Для прохождения волны и её интерпретации необходимы приемник и передатчик, которые обладают пьезоэлектрическим эффектом. Таким эффектом обладают следующие материалы кварц, турмалин, тартрата калия, сульфата лития, титанат бария, цирконат титаната свинца. Помещая пьезоэлектрический кристалл в электрическое поле упругая деформация вызывает уменьшение или увеличение его длины в соответствии с величиной и направлением полярности поля.

Для контроля расхода и учёта воды и теплоносителя с 60-х годов прошлого века в промышленности применяются ультразвуковые (акустические) расходомеры. Неоспоримые достоинства ультразвуковых расходомеров: малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления, надежность (так как нет подвижных механических элементов), высокая точность, быстродействие, помехозащищённость — определили их широкое распространение.

Существуют три основные методики определения расхода жидкости при помощи ультразвука:

Принцип ультразвукового измерения расхода

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении разницы во времени прохождения сигнала. При этом два ультразвуковых сенсора, расположенные по диагонали напротив друг друга, функционируют попеременно как излучатель и приёмник. Таким образом, акустический сигнал, поочередно генерируемый обоими сенсорами, ускоряется, когда направлен по потоку, и замедляется, когда направлен против потока. Разница во времени, возникающая вследствие прохождения сигнала по измерительному каналу в обоих направлениях, прямо пропорциональна средней скорости потока, на основании которой можно затем рассчитать объёмный расход. А использование нескольких акустических каналов позволяет компенсировать искажения профиля потока.

Конструкция ультразвуковых расходомеров

Преобразователь ультразвукового расходомера состоит из отрезка трубы, на котором установлены пьезоэлементы. Диаметр пьезоэлемента находится в пределах 5-20 миллиметров, а его толщина выбирается в зависимости от частоты. В частотных и время-импульсных расходомерах для повышения точности измерений используют частоты 5-20 МГц. Обычно в жидкостях применяются частоты 50 кГц — 2 МГц. В газовых средах необходимо уменьшать частоты до сотен и десятков кГц, это вызвано сложностью создания в газах интенсивных акустических колебаний, особенно высокой частоты.

Как работает ультразвуковой расходомер

Датчики излучают и принимают акустические сигналы (ультразвуковые волны) в ультразвуковом диапазоне. Расстояние между датчиками (пройденное расстояние) в основном известно. Скорость звука в воздухе около 340 м/с. Если между датчиками все еще есть среда, скорость звука меняется, например, 1500 м/с в воде. Звуку по-прежнему требуется одинаковое количество времени в обоих направлениях для прохождения между датчиками. Если среда начинает двигаться, время прохождения звуковых волн уменьшается вместе с потоком. Для звуковых волн, идущих против потока, она возрастает. Разница во времени прохождения преобразуется в расход с помощью электроники, отображается и выводится как сигнал для дальнейшей обработки.

Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры основаны на измерении разности времен прохождения импульсов ультразвукового колебания по направлению движения потока и против него. Возбуждение импульсов производится пьезоэлектрическими преобразователями, которые работают попеременно в режиме приемник-излучатель и устанавлены в приборе относительно сечения потока. Когда среда покоится, времена распространения обоих сигналов одинаковы. Если среда движется, время распространения сигнала против течения больше, чем у сигнала по течению. Эта разница во времени прохождения пропорциональна скорости потока и выводится как измеренное значение на электронный блок.

Какие преимущества дает ультразвуковой расходомер?

Ультразвуковые расходомеры имеют много преимуществ: они не имеют механических частей, которые могут изнашиваться. Они практически не требуют технического обслуживания и имеют низкие эксплуатационные расходы. Они предлагают большой диапазон измерения. Они измеряют непроводящие среды и являются отличным дополнением к электромагнитным расходомерам. Как правило, расходомеры имеют высокую точность и могут измерять более точно, чем другие расходомеры при низких скоростях потока. Ультразвуковые расходомеры не вызывают больших падений давления в трубопроводных системах. Их можно использовать для различных водоподобных и вязких сред.

Преимущества и недостатки

Ультразвуковые расходомеры, как и любое высокотехнологичное устройство, также имеют ограничения. Более высокая точность и надежность по сравнению с другими технологиями отражаются на цене покупки. Из-за компактной конструкции их ремонт в случае повреждения обходится дороже. Для них требуется однородная среда и прямые участки трубопровода (вход, выход), чтобы обеспечить профиль потока, соответствующий ультразвуковому принципу работы. Они не работают с жидкостями, не пропускающими ультразвуковые волны, такими как тяжелые шламы. Наконец, точность ультразвуковых расходомеров может быть нарушена при очень низких скоростях потока.

Типы установки ультразвукового расходомера

Интегрирован в технологический трубопровод
Экономичный для небольших труб
Отличная альтернатива магнитным счетчикам для непроводящих сред

С накладными датчиками

Значительная экономия затрат при больших диаметрах труб
Для установки не требуется ввод в трубу
Портативный или стационарный

В чем принципиальные отличия конструкций?

Когда говорят об ультразвуковых расходомерах, обычно имеют в виду переносные накладные версии (обозначение модели Kobold: DUC), которые имеют ряд преимуществ по сравнению со стационарно устанавливаемыми встроенными версиями (обозначение модели Kobold: DUK). Хотя накладные модели сами по себе не являются новой разработкой,  в настоящее время они приобрели большое значение. Поскольку их можно временно установить во время измерения, а затем снова демонтировать, они считаются чрезвычайно гибкими. Другими областями применения  накладных версий являются такие области, как очистка сточных вод, теплотехника, портовая техника (погрузка и разгрузка судов).

Что нужно учитывать при установке ультразвуковых расходомеров?

Следуйте инструкциям производителя в технической документации. Следующая информация может дать только приблизительный обзор для принятия решений о покупке и планировании.

Установка наконечников для встроенных ультразвуковых расходомеров

Установка сверху вниз

Для встроенных ультразвуковых расходомеров требуются  прямые участки на входе 10 Ду и на выходе  10 ДУ.

Минимизация пузырьков газа и отложений

Процесс установки накладных ультразвуковых расходомеров

1. Выберите правильную ориентацию и место для установки датчиков.

2. Установите параметры вашей трубы в электронике.

3. Установите датчики, используя правильное расстояние и соединение.

4. При необходимости установите нулевую точку.

5. Запустите систему для измерения

Установочные элементы для накладных ультразвуковых расходомеров

Соединительная фольга и гель

Горизонтальный угол установки

Кто изобрел ультразвуковой расходомер?

Японский физик Шигео Сатомура впервые применил ультразвук в промышленных целях в 1955 году, что положило начало триумфальному продвижению этой новой технологии. В 1959 году он был первым ученым, который провел медицинские анализы с помощью ультразвука; сначала он исследовал поведение потока человеческой крови в венах и артериях, используя эффект Доплера. Позже началась интеграция мощной электроники, а вместе с ней и межотраслевое распространение.

Где применяются ультразвуковые расходомеры на электростанциях?

Ультразвуковые расходомеры используются в основных и вспомогательных контурах охлаждения, а также в централизованном теплоснабжении, для защиты насосов, для измерения конденсата и питательной воды.

Где ультразвуковые расходомеры используются в управлении водными ресурсами?

Ультразвуковые расходомеры используются в управлении сточными водами (очистные сооружения), в сетях питьевого водоснабжения, для обнаружения утечек и измерения расхода.

Где ультразвуковые расходомеры используются в управлении объектами?

Ультразвуковые расходомеры используются в системах охлаждения, кондиционирования воздуха и оптимизации энергопотребления.

Где применяются ультразвуковые расходомеры в химии?

Ультразвуковые расходомеры применяются также в нефтехимической промышленности (сырая нефть, светлая нефть), при работе с агрессивными и токсичными средами, при измерении технической и сточной воды.

Где применяются ультразвуковые расходомеры в пищевой промышленности?

Ультразвуковые расходомеры используются в производстве напитков для обеспечения гигиенически безупречной среды и измерения количества тепла.

До каких скоростей потока используются ультразвуковые расходомеры?

Портативный накладной ультразвуковой расходомер (название модели в Kobold: DUC) может измерять скорость потока до 30 м/с.

Существуют ли какие-либо другие методы измерения, кроме метода разницы времени выполнения?

В первые годы ультразвуковых измерений использование эффекта Доплера было очень распространенным явлением. Сегодня этот метод измерения используется только в нишевых областях, например, в медицине или радиолокационных измерениях.

Насколько точны ультразвуковые расходомеры?

По сравнению с технологиями, использующими другие принципы работы, ультразвуковые расходомеры обеспечивают неизменно превосходную точность. Стационарно установленный встроенный ультразвуковой расходомер (обозначение модели Kobold: DUK) обеспечивает точность измерения 0,7 % от показаний + 0,7 % от полной шкалы. Ультразвуковые расходомеры имеют очень широкий динамический диапазон, который правильно отражает широкий диапазон расходов в пределах одного расходомера. Например, наш встроенный ультразвуковой расходомер DUK обеспечивает один из лучших в отрасли диапазонов измерений (диапазон динамического диапазона) 250:1. Портативный накладной ультразвуковой расходомер (обозначение модели Kobold: DUC) обеспечивает точность измерения 1% от показаний.

Насколько быстры ультразвуковые расходомеры?

Стационарно установленный ультразвуковой расходомер (обозначение модели в Kobold: DUK) обеспечивает время отклика менее одной секунды.

До каких размеров работают ультразвуковые расходомеры?

Портативный накладной ультразвуковой расходомер (обозначение модели в Kobold: DUC) подходит для номинальных размеров труб до DN 6000.

Стационарный ультразвуковой расходомер (обозначение модели на Kobold: DUK) стандартно настроен на воду. Благодаря новой дополнительной опции C3T0 от Kobold файл с новыми мультимедийными данными можно легко загрузить в компактную электронику через USB-кабель.

Какие выходы имеют ультразвуковые расходомеры?

Стационарный ультразвуковой расходомер (обозначение модели на Kobold: DUK) может быть оснащен переключающим, частотным или аналоговым выходом. Кроме того, доступна компактная электроника, которая включает в себя цифровой дисплей, коммутационный и аналоговый выход. Портативный накладной ультразвуковой расходомер (обозначение модели на Kobold: DUC) имеет выходы 2x 4 – 20 мА, импульсный, micro USB, реле, RS232, RS485, счетчик.

Какие языки отображаются на дисплее портативного накладного ультразвукового расходомера (обозначение модели Kobold

Помимо немецкого доступны языковые пакеты на английском, французском, русском или китайском языках.

Мне нужен инженер для подбора портативного накладного ультразвукового расходомера (обозначение модели в Kobold

Мы рады помочь и проконсультировать вас! Посетите наш веб-сайт www.kobold.com. Позвоните нам или отправьте нам электронное письмо.

Какие соединения имеют ультразвуковые расходомеры?

Стационарный встроенный ультразвуковой расходомер (обозначение модели в Kobold: DUK) доступен с дюймовыми соединениями G1/2 G3/4 G1 G1½ G2 G3 и NPT IG по запросу заказчика.

Для каких температур подходят ультразвуковые расходомеры?

Стационарно установленный встроенный ультразвуковой расходомер (обозначение модели в Kobold: DUK) расчитан на температуру среды от -20 до +90 °C. Устройство работает при температуре окружающей среды от -20 до +70 °C. Портативный накладной ультразвуковой расходомер (обозначение модели на Kobold: DUC) работает при температуре окружающей среды от -40 до +150 °C.

Для каких давлений подходят ультразвуковые расходомеры?

Стационарно установленный ультразвуковой расходомер (обозначение модели в Kobold: DUK) требует давления среды от 0 до 16 бар. Поскольку переносной накладной ультразвуковой расходомер (обозначение модели в Kobold: DUC) просто устанавливается на существующую трубу, DUC не имеет ограничений по давлению.

Какой IP-код (код защиты от проникновения) имеют ультразвуковые расходомеры?

Стационарно установленный ультразвуковой расходомер (обозначение модели на Kobold: DUK) имеет класс защиты IP 65, т.е. он пыленепроницаем и защищен от воды. Ультразвуковые преобразователи портативного накладного ультразвукового расходомера (обозначение модели на Kobold: DUC) имеют класс защиты IP 68, т.е. они пыленепроницаемы и защищены от постоянного погружения в воду.

Какие потери давления создают ультразвуковые расходомеры?

Стационарно установленный ультразвуковой расходомер (обозначение модели в Kobold: DUK) создает максимальную потерю давления 150 мбар. Поскольку переносной накладной ультразвуковой расходомер (обозначение модели в Kobold: DUC) просто устанавливается на существующую трубу, DUC не создает потерь давления.

Из каких материалов изготавливают ультразвуковые расходомеры?

Стационарно устанавливаемый ультразвуковой расходомер (обозначение модели на Kobold: DUK) изготавливается из латуни или нержавеющей стали по требованию заказчика.

Как выбрать ультразвуковой расходомер?

Будем рады помочь и проконсультировать вас в выборе! Посетите наш веб-сайт www.kobold.com. Позвоните нам или отправьте нам электронное письмо.

Одобрены ли ультразвуковые расходомеры ATEX для использования во взрывоопасных зонах?

Допуск ATEX можно выбрать в качестве опции. Позвоните нам или отправьте нам электронное письмо.

Мне срочно нужна техническая помощь. Как я могу связаться с вами?

Мы здесь, чтобы помочь! Позвоните нам или отправьте нам электронное письмо.