Ultrazvukový průtokoměr UFM 3030 pro měření průtoku kapalin

Ultrazvukový průtokoměr UFM 3030 pro měření průtoku kapalin Podrobný výklad měřicího principu 31.5.2006 Petr Komp

UFM 3030 - měřicí princip 1

Měření doby průchodu signálu Měřicí princip ultrazvukového průtokoměru UFM 3030

Senzor A

L

Vm α

Senzor B Rozdíl v době trvání průchodu signálu je přímo úměrný rychlosti UFM 3030 - měřicí princip průtoku měřené kapaliny 2

Výpočet rychlosti průtoku Měření doby průchodu signálu z z z z

Doba trvání průchodu = vzdálenost rychlost

po směru A do B Akustický impuls je vysílán a přijímán po dráze napříč proudící kapalinou, jako kanoe plující přes řeku. L Ultrazvukové vlnění se šíří rychleji ve směru a pomaleji TA →B = proti směru proudící kapaliny. C + V • cos Senzor A

α

proti směru B do A L TB→A = C – V • cos α

Střední rychlost průtoku L

Vm

D α V • cos α

Cm

D = průměr potrubí Senzor B L= vzdálenost senzorů Vm = rychlost průtoku kapaliny Cm = rychlost zvuku v kapalině

V=

L 2 • cos α

• TB→A - TA→B TB→A • TA→B

Konstanta přístroje (= GK) Přesné měření průtoku nezávisí na : hustotě, viskozitě, teplotě, rychlosti šíření zvuku

UFM 3030 - měřicí princip 3

Výhody ultrazvukových průtokoměrů pro montáž do potrubí Nic nezasahuje do průřezu z Bez pohybujících se částí z Bez opotřebení a tlakové ztráty z

Provoz nezávisí na vlastnostech měřené kapaliny z Pro elektricky vodivé i nevodivé kapaliny z

Obousměrné měření z Vysoké měřicí rozpětí (měří prakticky od nuly) z Vynikající přesnost v širokém rozsahu průtoků z

UFM 3030 - měřicí princip 4

Jiné měřicí principy

A

Dopplerův princip:

D

z

Přesnost měření: ±5%

z

Neznáme přesné místo rychl. profilu ve kterém měříme

z

Nepoužitelné pro čisté kapaliny

z

Závisí na způsobu a místu montáže a provozních podmínkách (viz příložné průtokoměry)

Vysílač Přijímač

úhel lomu na rozhraní (VOS) V m

Příložné: nevýhody

B

z

Přesnost měření ± (1% - 5%)

z

Závisí na podmínkách a způsobu montáže, tloušťce stěny potrubí atd.

z

Závisí na změně provozních podmínek (viskozita, rychlost šíření zvuku v měřené kapalině)

z

Měření je významně ovlivněno změnou tvaru rychlostního profilu

z

Není možná kalibrace v kalibrační trati

Pevné částice, od kterých se vlnění odráží UFM 3030 - měřicí princip 5

! UFM 3030 - krok do třetího rozměru I z z z

Jedinečné rozmístění 3 kanálů Patentovaná konstrukce senzorů Číslicové zpracování signálu

Lepší parametry • Vyšší spolehlivost • Širší rozsah aplikací •

UFM 3030 - měřicí princip 6

Krok do třetího rozměru! UFM 3030 je unikátní Firma KROHNE vyvinula na základě Výhody UFM 3030 svých třicetiletých zkušeností, které Lepší parametry získala výrobou více než 30 000 ● přesnost lepší než ±0,5% v celém ultrazvukových průtokoměrů a rozsahu bez omezení intenzivního několikaletého vlastního ● lepší stabilita vývoje opravdu univerzální průtokoměr, Vyšší spolehlivost který je možno snadno instalovat a který ● Trvalá kontrola funkce přístroje a provozních podmínek má konkurenceschopnou cenu. Jedinečné vlastnosti UFM 3030 ● Unikátní rozmístění 3 kanálů ● Patentovaná konstrukce senzorů ● Číslicové zpracování signálu ● Vstupy 4 – 20 mA pro snímače tlaku a teploty – korekce Na standardní objem ● SW pro dávkování (start – stop provoz)

Širší rozsah aplikací ● 5% pev. částic & 2% plynu v kapalině ● na přání hmotnostní průtok a přepočtený obj. průtok ● SW pro dávkování

UFM 3030 - měřicí princip 7

UFM 3030 - Krok do třetího rozměru II Jedinečné rozmístění 3 kanálů ●

Poskytuje více informací o rychlostním profilu

●

Spolehlivé výsledky při osově nesymetrickém tvaru rychlostního profilu

●

Vynikající opakovatelnost (± 0,2%)

●

Vyšší přesnost v celém rozsahu průtoku (eliminace vlivu Re)

Typická přesnost průtokoměru UFM 3030 je lepší než ± 0,5% z měřené hodnoty UFM 3030 - měřicí princip 8

Tvar plně vyvinutého rychlostního profilu Krok do třetího rozměru Turbulentní Laminární proudění proudění

Vm

Jedinečné rozmístění kanálů ● stabilní, prověřené uspořádání ● ověřeno experimentálně na základě výsledků intenzivního výzkumu

Reynoldsovo číslo:

Re =

ρ ×υ × D η

Turbulentní proudění ● Plochý tvar Re > ±2300 Laminární proudění ● Parabolický tvar Re < ±2300 Přechodová oblast ● Za nepříznivých podmínek, např. vysoké viskozitě nebo nízkém průtoku ● 1500 / 1000 < Re < 4000

UFM 3030 - měřicí princip 9

UFM 3030 - patentovaná konstrukce senzorů Celokovové pouzdro senzoru

Piezoelement

původní

Akustické stínění

nové

●

Akusticky stíněný senzor zajišťuje stabilní a přesné měření.

●

Konstrukce vhodná pro vysoké teploty a tlaky měřené kapaliny.

●

Malý rozměr senzorů umožňuje zmenšit otvory v měřicí trubici a tím snížit víření v místě výstupu akustického signálu do měřené kapliny.

Srovnání provedení senzorů

UFM 3030 - měřicí princip 10

Patentovaná konstrukce senzorů Senzor A

Senzor B

Přeslech přes stěnu měřicí trubice Maximum přímého signálu Signál přes stěnu měřicí trubice

Časový posun polohy maxima díky interferenci se signálem přes stěnu měřicí trubice

Firma KROHNE vyvinula patentované provedení senzorů, které jsou akusticky izolovány. Tím se vyloučí vliv přeslechů. Teplotní odolnost UFM 3030 standard:

180°C

UFM 3030 XT (na přání): 220°C UFM 3030 - měřicí princip 11

UFM 3030 - propracovaná elektronika & software

Unikátní software pro Digital Signal Processing ●

lepší detekce signálu

dokonalé zpracování signálu ● velmi přesné měření doby průchodu signálu ●

●

vnitřní diagnostika chodu přístroje

UFM 3030 - měřicí princip 12

Cílevědomý výzkum a vývoj Propracovaná elektronika & software

analogový signál Nový způsob automatického nastavení úrovně spouštění

X

Stop

Lepší detekce signálu pomocí Digital Signal Processing (DSP) software z převod z analogového na digitalizovaný signál z výpočet optimální úrovně spouštění z stabilní i za nepříznivých podmínek z lepší spolehlivost DSP zpracovává i signály s vysokou úrovní šumu a rušení (pevné částice a bubliny plynu v kapalině) z vždy je rozpoznán správný signál bez ohledu na úroveň šumu z spojitá kontrola platnosti naměřených hodnot z v případě výpadku jednoho kanálu ostatní pokračují v měření

digitalizovaný signál po A/D převodu UFM 3030 - měřicí princip 13

Přehled dodávaných přístrojů z

Plováčkové průtokoměry pro kapaliny i plyny

z

Magneticko indukční průtokoměry pro kapaliny

z

Ultrazvukové průtokoměry pro kapaliny i plyny

z

Hmotnostní průtokoměry pro kapaliny i plyny

z

Vírové průtokoměry pro páru, plyny i kapaliny

z

Mechanické proudoznaky pro kapaliny

z

Magneticko indukční proudouznaky pro kapaliny

z

Radarové hladinoměry pro kapaliny i sypké látky

z

TDR hladinoměry pro kapaliny i sypké látky

z

Ultrazvukové hladinoměry pro kapaliny i sypké látky

z

Vibrační hladinové spínače pro kapaliny i sypké látky

z

Obtokové plovákové stavoznaky

z

Vztlakové hladinoměry vhodné i pro extrémní tlaky a teploty

z

Termické hmotnostní průtokoměry a regulátory průtoku Sierra Instruments

UFM 3030 - měřicí princip

14

Další služby a kontaktní údaje pro Českou republiku z

Záruční i pozáruční servis přístrojů KROHNE i Sierra Instruments

z

Prvotní ověření průtokoměrů a kalibrace průtokoměrů i hladinoměrů

z

Poradenská činnost v oblasti měření průtoku i výšky hladiny

Kontaktní údaje KROHNE CZ spol. s r.o. sídlo společnosti: Soběšická 156 638 00 Brno tel.: 545 532 111 (ústředna) fax: 545 220 093 e-mail: [email protected]

KROHNE CZ spol. s r.o. pracoviště Praha: Žateckých 22 140 00 Praha 4 tel.: 261 222 854-5 fax: 261 222 856 e-mail: [email protected]

www.krohne.cz

KROHNE CZ spol. s r.o. pracoviště Ostrava: Koláčkova 12 724 00 Ostrava - Stará Bělá tel.: 596 714 004 fax: 596 714 187 e-mail: [email protected]

www.krohne.com

UFM 3030 - měřicí princip 15