Дляультразвуковий витратомір із затискачем для вимірювання часу проходження, сила сигналу є одним із найкорисніших діагностичних параметрів. Однак існує поширене непорозуміння:

Висока сила сигналу не обов'язково означає високу точність вимірювання, а низька сила сигналу не обов'язково означає, що витратомір несправний.

Сила сигналу головним чином показує, наскільки ефективно ультразвуковий сигнал поширюється через трубу та рідину, і наскільки добре його приймає протилежний перетворювач.

1. Що таке сила сигналу?

Простими словами,сила сигналу вказує на силу ультразвукового сигналу, що приймається витратоміром.

Для ультразвукового витратоміра з накладним кріпленням акустичний шлях приблизно становить:

Датчик → Стінка труби → Футеровка → Рідина → Футеровка → Стінка труби → Датчик

Передавач генерує ультразвуковий сигнал, який проходить через стінку труби та рідину, перш ніж досягти приймального перетворювача.

Якщо акустична енергія передається з відносно невеликими втратами, прийнятий сигнал буде сильнішим. Якщо сигнал зазнає значного ослаблення, відбиття або розсіювання, прийнятий сигнал стане слабшим.

2. Які фактори впливають на силу сигналу?

Кілька факторів можуть суттєво впливати на прийнятий ультразвуковий сигнал.

2.1 Матеріал труби

Різні матеріали труб мають різні акустичні властивості.

Типові приклади включають:

• Вуглецева сталь
• Нержавіюча сталь
• Чавун
• ПВХ
• HDPE
• Труба з цементним покриттям

Ультразвукова енергія поводиться по-різному, проходячи через різні матеріали. Тому один і той самий витратомір може показувати різну силу сигналу, якщо його встановити на різних типах труб.

2.2 Товщина стінки труби

Товщина стінки труби особливо важлива для вимірювання витрати за допомогою ультразвукових кліщів.

Загалом, чим товща стінка труби, тим більшу кількість матеріалу має пройти ультразвуковий сигнал, що може збільшити акустичне затухання.

Це може стати особливо важливим для:

Труби великого діаметра з товстостінними стінками

Тому самого лише розміру труби недостатньо для вибору ультразвукового витратоміра.

Наприклад, замість того, щоб надавати лише:

Розмір труби: DN500

набагато корисніше надати:

Матеріал труби + Зовнішній діаметр + Товщина стінки + Матеріал футеровки

2.3 Футеровка труб

Облицювання трубопроводів може суттєво впливати на силу сигналу.

До поширених облицювальних матеріалів належать:

• ПТФЕ
• Гума
• Цемент
• Епоксидна смола
• Пластик

Ультразвуковий сигнал може пройти через:

Перетворювач → Стінка труби → Футеровка → Рідина

Якщо акустичні властивості футеровки суттєво відрізняються від властивостей труби та рідини, можуть виникнути додаткові акустичні втрати.

Тому знання того, що труба «сталева», не завжди достатньо. Слід також враховувати тип і товщину внутрішнього облицювання.

3. Чому бульбашки повітря зменшують силу сигналу?

Бульбашки повітря є однією з найпоширеніших причин слабких або нестабільних ультразвукових сигналів.

Оскільки газ і рідина мають дуже різні акустичні властивості, бульбашки можуть розсіювати та відбивати ультразвукові хвилі.

Без значних бульбашок повітря:

Ультразвуковий сигнал → Рідина → Приймальний перетворювач

З повітряними бульбашками:

Ультразвуковий сигнал → Бульбашки → Розсіювання/Відбиття → Втрата енергії → Слабший прийнятий сигнал

В результаті, надмірна кількість бульбашок повітря може спричинити:

• Знижена сила сигналу
• Нестабільні показники потоку
• Періодична втрата сигналу
• Погана стабільність вимірювань

Тому, коли сила сигналу раптово зменшується, інженер повинен не лише перевірити перетворювачі, але й з'ясувати, чи є повітря в трубі.

4. З'єднання перетворювача також є критично важливим

У випадку ультразвукового витратоміра з накладним кріпленням перетворювач не контактує безпосередньо з рідиною. Ультразвуковий сигнал повинен проходити крізь стінку труби.

Шлях з'єднання можна спростити так:

Перетворювач → З'єднувальна суміш → Стінка труби

Погане з'єднання може значно знизити силу сигналу.

Типові причини включають:

• Недостатньо сполучної речовини
• Нерівномірне зчеплення
• Іржа або корозія на поверхні труби
• Товста фарба або покриття
• Шорстка поверхня труби
• Вільні перетворювачі
• Перетворювачі, що змістилися з початкового положення

Тому належна підготовка поверхні та хороший механічний контакт між перетворювачем і трубою є важливими для надійної передачі ультразвуку.

5. Чи означає висока сила сигналу високу точність?

Не обов'язково.

Це один з найважливіших моментів, які потрібно зрозуміти.

Сила сигналу головним чином говорить нам:

«Чи може витратомір приймати достатньо сильний ультразвуковий сигнал?»

З іншого боку, точність вимірювання вимагає:

«Наскільки близька виміряна швидкість потоку до фактичної швидкості потоку?»

Це дві різні речі.

Наприклад:

Випадок А

Сила сигналу: Висока

Але перетворювачі встановлені в невдалому місці, і профіль потоку значно спотворений.

→ Сигнал може бути сильним, але вимірювання все одно може мати похибку.

Випадок Б

Сила сигналу: Помірна

Але перетворювачі встановлені правильно, стан трубопроводу підходить, а сигнал стабільний.

→ Витратомір може все ще досягати хороших показників вимірювання.

Отже:

Висока сила сигналу ≠ Висока точність

6. Наскільки низьким вважається занадто низьким?

Не існує універсального значення сили сигналу, яке можна застосувати до кожного ультразвукового витратоміра.

Різні виробники можуть визначати та відображати силу сигналу по-різному, наприклад:

• Сила сигналу %
• Сила сигналу в дБ
• Якість сигналу
• Сигнал/шум
• Рівень прийнятого сигналу

Ці параметри пов'язані, але вонине обов'язково безпосередньо порівнювати між різними виробниками чи моделями.

Для конкретного витратоміра слід використовувати інструкцію виробника та внутрішнє визначення приладу як орієнтир.

7. Сила сигналу проти співвідношення сигнал/шум

Для глибшого розуміння також важливо розрізнятиСила сигналузСпіввідношення сигнал/шум (SNR).

Сила сигналув основному описує:

Наскільки сильний прийнятий ультразвуковий сигнал.

Сигнал/шумописує:

Наскільки сильний корисний сигнал відносно фонового шуму.

Наприклад, витратомір може отримувати відносно сильний сигнал, але якщо електричний або механічний шум також високий, співвідношення сигнал/шум (SNR) все ще може бути низьким.

Тому, коли прилад забезпечує такі параметри, як:

Сила сигналу + SNR + Якість сигналу

в ідеалі їх слід оцінювати разом.

8. Як можна використовувати силу сигналу для усунення несправностей?

Практичний підхід до усунення несправностей полягає в спостереженні за обомарівень та стабільністьсигналу.

Стабільний та відносно сильний сигнал

Це зазвичай вказує на те, що:

• Перетворювачі добре з'єднані
• Акустичний тракт прийнятний
• Прийомний сигнал стабільний

Однак, точність вимірювання все ще потребує окремої оцінки.

Дуже слабкий сигнал

Перевірте наступне:

1. Встановлення перетворювача
2. З'єднувальна суміш
3. Стан поверхні труби
4. Товщина стінки труби
5. Футеровка труб
6. Повітряні бульбашки
7. Чи повністю заповнена труба
8. Відстань між перетворювачами
9. Вибір перетворювача
10. Параметри труби та рідини, введені у витратомір

Потужність сигналу раптово знижується

Зверніть особливу увагу на:

• Потрапляння повітряних бульбашок у трубу
• Вільні перетворювачі
• Погіршене зчеплення
• Зміни в умовах експлуатації
• Значні зміни температури рідини
• Вібрація труби

9. Сила сигналу — це радше акустичний показник справності

Зрештою,Силу сигналу слід розглядати як акустичний діагностичний індикатор, а не як прямий індикатор точності.

Це допомагає відповісти на питання:

«Чи ультразвуковий сигнал проходить через трубу та рідину і чи правильно його приймають?»

Саме по собі воно не дає відповіді:

«Чи точне вимірювання потоку?»

Правильна оцінка повинна враховувати кілька факторів:

Сила сигналу + Співвідношення сигнал/шум/якість сигналу + Встановлення перетворювача + Стан труби + Стан рідини + Профіль потоку + Калібрування

Тому в практичних інженерних застосуваннях,Потужність сигналу корисна в першу чергу для перевірки встановлення, усунення несправностей та моніторингу акустичного стану вимірювальної системи, а не як окрема специфікація точності вимірювання.