Dlaczego przepływomierz ultradźwiękowy doświadcza dryftu punktu zerowego?

W przypadku przepływomierza ultradźwiękowegodryft punktu zerowegoodnosi się do sytuacji, w której licznik wskazuje małą prędkość przepływu, nawet gdy w rurze powinien być zerowy przepływ.

Zjawisko to jest szczególnie istotne dlaprzepływomierze ultradźwiękowe z czasem tranzytu, ponieważ natężenie przepływu jest obliczane na podstawie różnicy między czasem przejścia ultradźwięków przed i za urządzeniem. W idealnych warunkach zerowego przepływu, oba czasy przejścia powinny być zasadniczo równe. W praktyce jednak mogą występować niewielkie różnice wynikające z warunków instalacji, stanu płynu, drgań rurociągu, jakości sygnału i błędów pomiaru elektronicznego.

1. Przepływ w rurze może nie być zerowy

Pierwszą rzeczą, którą należy sprawdzić, jest to, czy w rurze rzeczywiście występuje zerowy przepływ.

Niewielki przepływ może nadal występować z następujących powodów:

• Nieszczelność zaworu
• Różnice ciśnień pomiędzy dwoma sekcjami układu
• Naturalna cyrkulacja
• Konwekcja cieplna w systemach ciepłej wody
• Przepływ obejściowy
• Obieg pompowy
• Przepływ resztkowy po zatrzymaniu pompy

Na przykład przepływomierz może wyświetlać0,05 m/spo wyłączeniu pompy. Nie oznacza to jednak, że przepływomierz ma problem z punktem zerowym. W rurze może nadal znajdować się niewielka ilość cieczy.

Dlatego,kalibrację punktu zerowego należy wykonać dopiero po potwierdzeniu, że rura jest całkowicie nieruchoma i całkowicie wypełniona cieczą.

2. Nieprawidłowa instalacja przetwornika

W przypadku ultradźwiękowych przepływomierzy zaciskowych montaż przetwornika ma istotny wpływ na stabilność pomiaru.

Problemy mogą wystąpić, jeśli:

• Przetworniki nie są prawidłowo wyrównane.
• Odstęp między przetwornikami jest nieprawidłowy.
• Oba przetworniki mają różne warunki sprzężenia.
• Przetworniki zamontowano pod niewłaściwym kątem.
• Powierzchnia montażowa jest zanieczyszczona lub nierówna.
• Wybrany tryb instalacji nie odpowiada rzeczywistym warunkom rurociągu.

Problemy te mogą powodować, że sygnały akustyczne przesyłane w górę i w dół będą się zachowywać inaczej.

Dzięki temu przepływomierz może wykryć niewielką, pozorną różnicę czasu przesyłu, nawet gdy w rzeczywistości nie ma przepływu.

3. Drgania rur mogą powodować pozorny sygnał przepływu

Inną możliwą przyczyną niestabilności zera są drgania mechaniczne.

Jeżeli przepływomierz jest zainstalowany w pobliżu:

• Lakierki
• Sprężarki
• Duże silniki
• Zawory
• Inny sprzęt wibracyjny

Wibracje mogą mieć wpływ na sprzężenie pomiędzy przetwornikiem i ścianą rury.

Może również wprowadzać szum do odbieranego sygnału ultradźwiękowego.

Typowym objawem jest to, że wyświetlana prędkość przepływu nie utrzymuje się na stabilnym zerze, lecz oscyluje wokół zera, na przykład:

0 → 0,03 → -0,02 → 0,05 → 0 m/s

W takiej sytuacji wielokrotna regulacja punktu zerowego może nie rozwiązać problemu. W pierwszej kolejności należy sprawdzić środowisko instalacji.

4. Pęcherzyki powietrza mogą wpływać na sygnał ultradźwiękowy

Jedną z najczęstszych przyczyn niestabilności pomiarów ultradźwiękowych są pęcherzyki powietrza.

Ponieważ właściwości akustyczne gazu i cieczy znacznie się różnią, pęcherzyki powietrza mogą rozpraszać i tłumić sygnał ultradźwiękowy podczas jego przemieszczania się przez rurę.

Może to spowodować:

• Zmniejszona siła sygnału
• Niestabilna jakość sygnału
• Nieprawidłowe wykrywanie czasu tranzytu
• Odczyty przepływu okresowego
• Wahania odczytów punktu zerowego

Dlatego rura powinna być idealniecałkowicie wypełniony płynem, a przetworników nie należy instalować w miejscach, w których może gromadzić się powietrze.

5. Zmiany temperatury płynu

Zmiany temperatury mogą również wpływać na stabilność punktu zerowego.

Zmiany temperatury zmieniają:

• Prędkość dźwięku
• Gęstość
• Lepkość

Jednocześnie rozszerzalność cieplna może nieznacznie zmienić wymiary rury i ścieżkę akustyczną.

Mimo że metoda czasu przejścia opiera się w dużej mierze na różnicy czasu przebycia w górę i w dół, a nie na bezwzględnej prędkości dźwięku, istotne zmiany warunków pracy mogą nadal wpływać na jakość sygnału i stabilność pomiaru.

Jest to szczególnie istotne w przypadku zastosowań obejmujących gorącą wodę, wodę chłodzącą i inne ciecze o dużych wahaniach temperatury.

6. Błędy elektroniczne i przetwarzania sygnałów

Różnica czasu przepływu mierzona przepływomierzem ultradźwiękowym może być wyjątkowo mała, zwłaszcza przy niskich prędkościach przepływu.

Dlatego też układ pomiarowy musi precyzyjnie określać nawet najmniejsze różnice w czasie przejścia fali ultradźwiękowej.

Czynniki takie jak:

• Szum elektroniczny
• Stabilność zegara
• Wykrywanie sygnału
• Wpływ temperatury na elementy elektroniczne
• Algorytmy przetwarzania sygnałów
• Stabilność obwodu nadajnika

może mieć wpływ na pomiar w pobliżu punktu zerowego przepływu.

To jeden z powodów, dla których wydajność przepływomierza ultradźwiękowego zależy nie tylko od jego przetworników, ale także od jakości jegosystem przetwarzania sygnałów i pomiaru czasu.

7. Dlaczego kalibracja zera nie zawsze jest właściwym rozwiązaniem

Częstym błędem jest natychmiastowe wykonanie kalibracji zera, gdy przepływomierz wskazuje niewielki przepływ przy zerowym przepływie.

Załóżmy, że rzeczywisty przepływ wynosi zero, ale licznik stale wyświetla:

+0,08 m/s

Kalibracja zera może skutecznie zredukować wyświetlaną wartość do wartości zbliżonej do zera.

Jeśli jednak prawdziwą przyczyną są pęcherzyki powietrza, wibracje, rozbieżność przetwornika lub nieszczelność zaworu, błąd może nie być stały.

Na przykład odczyt może się zmienić z:

+0,08 m/s → -0,03 m/s → +0,05 m/s

W tym przypadku kalibracja zera nie jest w stanie wyeliminować zasadniczego problemu.

Lepsza kolejność rozwiązywania problemów jest następująca:

Potwierdź zerowy przepływ → Sprawdź stan rury → Sprawdź instalację przetwornika → Sprawdź siłę sygnału → Sprawdź, czy nie ma pęcherzyków powietrza i wibracji → Sprawdź warunki temperaturowe → W razie potrzeby wykonaj kalibrację zera

8. Jak odróżnić różne typy problemów punktu zerowego

Dryft punktu zerowego w przepływomierzu ultradźwiękowym toniekoniecznie spowodowane przez sam elektroniczny punkt zerowy.

W wielu zastosowaniach w świecie rzeczywistym to, co wydaje się być dryftem punktu zerowego, jest w rzeczywistości wynikiem kombinacjirzeczywisty przepływ niski, instalacja przetwornika, drgania rur, pęcherzyki powietrza, zmiany temperatury, jakość sygnału i stabilność pomiaru elektronicznego.

Dlatego prawidłowe podejście nie polega jedynie na regulacji punktu zerowego. Inżynier powinien najpierw ustalić, czy problem wynika zrura, płyn, instalacja, sygnał akustyczny lub elektronika.

W przypadku przepływomierzy ultradźwiękowych z zaciskiem, sprawdzanieSiła sygnału, stabilność sygnału, odstępy między przetwornikami, stan rur i jakość sprzężeniajest szczególnie ważne przed wykonaniem kalibracji zera.