Skrevet af Morten B. Jensen, Product Manager – Instrumenter hos KLINGER Danmark
Ultralydsflowmålere leveres både som ”traditionelle” målere til indbygning i rørstrækket og som clamp on målere til montage udenpå røret. Clamp on flowmålere ”bygges op” på stedet, og består af et eller flere sensorpar, samt en transmitter til at styre det hele.
De største fordele ved ultralydsflowmålere er dog muligheden for at lave en kontaktfri måling i et lukket system. Måleprincippet er således uafhængig af korrosion og procestryk, samtidig med det tilbyder en høj fleksibilitet, idet samme måleenhed kan anvendes på flere rørstørrelser - ja endog flyttes fra det ene målested til det andet.
To forskellige principper - velegnet til hver sin type af opgaver
Når man i dag taler om ultralydsflowmåling til montage udenpå målerøret, taler man grundlæggende om to forskellige måleprincipper, der hver især er velegnet til
forskelligartede opgaver, og det er derfor vigtigt at man vælger det rigtige grundprincip til sin opgave, da målingen ellers ikke vil være til at stole på.
Dopler princippet er en flowmåler til væsker som indeholder partikler eller luftbobler, disse skal have en akustisk impedans, der er forskellig fra væsken. Selve målingen foregår ved at sende et ultralydssignal ind i væsken, signalet reflekteres når det møder partikler (ændrede akustiske egenskaber). Frekvensen af det reflekterede signal ændres proportionalt med hastigheden på partiklerne og væske hastigheden udledes således indirekte, idet det forudsættes at væsken og partiklerne har samme hastighed.
En flowmåler efter Dopler princippet opererer typisk med frekvenser omkring 0,5MHz, og man kan forvente en nøjagtighed på 3-5% med disse principper.
Transit time princippet er en flowmåler til rene væsker, da ultralydssignalet skal kunne løbe uhindret mellem to sensorer. Selve målingen foregår ved at der samtidig udsendes ét ultralydssignal medstrøms og ét tilsvarende signal modstrøms. Da modstrøms signalet vil være længere tid undervejs, vil forskellen i vandringstiderne være et udtryk for væskehastigheden, som kan beregnes rent elektronisk.
En flowmåler efter transit time princippet vil typisk arbejde i et område mellem 0,5 og 4 MHz, og i Clamp on systemer, installeret på stedet, må man regne med en nøjagtighed omkring 2% grundet usikkerhed omkring de fysiske parametre. I transit time systemer kan lydens traverseringstid øges, for at få et bedre målesignal(-nøjagtighed), ved at lade bølgen passere flere gange gennem væsken, inden den møder aftastnings sensoren.
Flowmængder og -profiler
Ultralydsbølgerne følger kun rette linjer, hvorfor de kun passerer gennem en del af den væske, som skal måles - det betyder også, at der stilles krav til hastighedsprofilet på målestedet, som skal være ensartet.
I termer tales således om laminart flow (Reynolds tal < 2000) eller turbulent flow (Reynold tal >4000). Disse forhold opnås kun med den korrekte rørføring før og efter målestedet - typisk 15 x lige rørføring før første sensor og 5 x lige rørføring efter sidste sensor. Ændring i tilløbsforholdene afspejles direkte i målenøjagtigheden, og som for de fleste måleprincipper gælder også her, at jo længere indløb desto bedre måling.
Rørdimensioner og materialer
Clamp on målere kan fås til rør med dimensioner fra 10 mm op til mere end 2.000 mm, eneste begrænsning er sensorernes fysiske dimensioner og de aktuelle montagebeslags udformning.
Man skal til gengæld være opmærksom på hvilke rør måleren skal monteres på, da materialet skal være ”gennemsigtigt” for ultralyd (et homogent materiale uden luft). Beton og støbegods er materialer der umuliggør en måling, mens man skal være opmærksom på malede og coatede rør kan have en ”overgangszone”, hvor der kan opstå luftlommer.
Rørtykkelsen er ligeledes en af de parametre man skal tage i ed før en korrekt måling kan foretages. Lyden brydes i overgangen mellem forskellige materialer, og det er derfor nødvendigt for en korrekt montage af sensorerne at kende rørets specifikationer, så ikke ultralydssignalet ”rammer forbi” modtageren.
Opbygning af et transit time system
Et Clamp on målesystem består af en række komponenter, der sammenbygget og indstillet bliver til en flowmåler.
Aftastningsdelen består af de to målesensorer, et montagearrangement samt kabler til forsyning og signaloverførsel. Ved et systemvalg er det vigtigt at vurdere den mekaniske stabilitet i dette arrangement ligesom systemer, der skal flyttes fra sted til sted, bør være enkle at samle. En fast måleskinne, der viser placering af sensorerne sammenholdt et enkelt låsesystem, garanterer at afstanden udmåles korrekt, og at sensor placeringen ikke skrider gennem tiden.
Transmitteren er hjertet i selve målingen, det er her den nye teknik har gjort sit indtog. Udover at foretage de nødvendige beregninger, er det transmitteren som indeholder de informationer som afgør om systemet er let eller vanskeligt at arbejde med. En moderne transmitter beregner således den korrekte sensor placering på baggrund af simple valg dvs. brugeren blot skal vælge rørmateriale, -dimension og -tykkelse, samt hvilken væske der måles på. Viden databasen omkring lydhastigheder, brydningsvinkler etc. er således programmeret ind i transmitteren, og de danner grundlag for beregning af sensor placeringen.
Er man i tvivl om nogle af disse parametre, eller findes materialerne ikke i databasen, kan man enten finde informationer på normal vis eller måle sig frem. Flere leverandører tilbyder således sensorer til måling af såvel vægtykkelse, som lydhastighed i væsken, hvilket giver en yderligere sikkerhed for at måleresultatet bliver optimalt.
Anvendelse
De typiske anvendelser er indenfor vand og spildevandsopgaver, hvor princippet benyttes til kontrol af permanent installerede målere. Den nye, forbedrede teknik til signalbehandling har dog gjort måleprincippet endnu mere pålideligt, og dermed åbnet op for anvendelser indenfor "industrielle" måleopgaver, som måling på korrosive medier eller som erstatningsmåler i forbindelse med installationer der ikke kan ”åbnes” under drift.
Læs mere her >>>