Чому ультразвуковий витратомір відчуває дрейф нульової точки?

Для ультразвукового витратоміра,дрейф нульової точкистосується ситуації, коли лічильник показує невелику витрату, навіть коли трубопровід має бути на нульовому рівні витрати.

Це явище особливо важливе дляультразвукові витратоміри часу проходження, оскільки швидкість потоку розраховується з різниці між часом проходження ультразвуку вище за течією та нижче за течією. В ідеальних умовах нульового потоку два часи проходження повинні бути практично однаковими. Однак на практиці можуть виникати невеликі відмінності через умови встановлення, стан рідини, вібрацію труби, якість сигналу та похибки електронних вимірювань.

1. Труба може насправді не мати нульового потоку

Перше, що потрібно перевірити, це чи справді труба має нульовий потік.

Невеликий потік може все ще існувати через:

• Витік клапана
• Різниця тиску між двома секціями системи
• Природна циркуляція
• Теплова конвекція в системах гарячого водопостачання
• Байпасний потік
• Циркуляція, індукована насосом
• Залишковий потік після зупинки насоса

Наприклад, витратомір може показувати0,05 м/спісля вимкнення насоса. Це не обов'язково означає, що витратомір має проблеми з нульовою точкою. Невелика кількість рідини все ще може рухатися по трубі.

Отже,Калібрування нульової точки слід виконувати лише після підтвердження того, що труба повністю нерухома та повністю заповнена рідиною.

2. Неправильне встановлення перетворювача

Для ультразвукових витратомірів із накладним кріпленням встановлення перетворювача має значний вплив на стабільність вимірювання.

Проблеми можуть виникнути, якщо:

• Перетворювачі неправильно вирівняні.
• Відстань між перетворювачами неправильна.
• Два перетворювачі мають різні умови з'єднання.
• Перетворювачі встановлені під неправильним кутом.
• Поверхня для кріплення забруднена або нерівна.
• Вибраний режим монтажу не відповідає фактичним умовам трубопроводу.

Ці проблеми можуть призвести до того, що акустичні сигнали вище та нижче за течією поводяться по-різному.

В результаті, витратомір може виявити невелику видиму різницю в часі проходження, навіть коли фактичного потоку немає.

3. Вібрація труби може спричинити видимий сигнал потоку

Механічна вібрація є ще однією можливою причиною нульової нестабільності.

Якщо витратомір встановлено поблизу:

• Насоси
• Компресори
• Великі двигуни
• Клапани
• Інше вібраційне обладнання

вібрація може впливати на зчеплення між перетворювачем та стінкою труби.

Це також може вносити шум у прийнятий ультразвуковий сигнал.

Типовим симптомом є те, що відображена швидкість потоку не залишається на стабільному нулі, а натомість коливається навколо нуля, наприклад:

0 → 0,03 → -0,02 → 0,05 → 0 м/с

У цій ситуації багаторазове налаштування нульової точки може не вирішити основну проблему. Спочатку слід дослідити середовище встановлення.

4. Бульбашки повітря можуть впливати на ультразвуковий сигнал

Повітряні бульбашки є однією з найпоширеніших причин нестабільних ультразвукових вимірювань.

Оскільки акустичні властивості газу та рідини дуже різні, бульбашки можуть розсіювати та послаблювати ультразвуковий сигнал під час його проходження через трубу.

Це може призвести до:

• Знижена сила сигналу
• Нестабільна якість сигналу
• Неправильне визначення часу доставки
• Показники періодичного потоку
• Коливання показників нульової точки

Ось чому труба в ідеалі повинна бутиповністю заповнений рідиною, а перетворювачі не слід встановлювати в місцях, де має тенденцію до накопичення повітря.

5. Зміни температури рідини

Зміни температури також можуть впливати на стабільність нульової точки.

Зміни температури змінюють:

• Швидкість звуку
• Щільність
• В'язкість

Водночас, теплове розширення може дещо змінити розміри труби та акустичний тракт.

Хоча метод часу проходження значною мірою спирається на різницю між часом проходження звуку вище та нижче за течією, а не на абсолютну швидкість звуку, значні зміни умов експлуатації все ще можуть впливати на якість сигналу та стабільність вимірювання.

Це особливо актуально для застосувань, пов'язаних з гарячою водою, охолоджувальною водою та іншими рідинами зі значними коливаннями температури.

6. Електронні помилки та помилки обробки сигналів

Різниця в часі проходження, виміряна ультразвуковим витратоміром, може бути надзвичайно малою, особливо за низьких швидкостей потоку.

Тому вимірювальна система повинна точно визначати дуже малі відмінності в часі проходження ультразвуку.

Такі фактори, як:

• Електронний шум
• Стабільність годинника
• Виявлення сигналу
• Вплив температури на електронні компоненти
• Алгоритми обробки сигналів
• Стабільність схеми передавача

може впливати на вимірювання поблизу точки нульового потоку.

Це одна з причин, чому продуктивність ультразвукового витратоміра залежить не лише від його перетворювачів, але й від якості його...система обробки сигналів та вимірювання часу.

7. Чому калібрування нуля не завжди є правильним рішенням

Поширеною помилкою є негайне виконання калібрування нуля щоразу, коли витратомір показує невеликий потік за умов нульового потоку.

Припустимо, що фактичний потік дорівнює нулю, але лічильник постійно показує:

+0,08 м/с

Калібрування нуля може успішно зменшити відображене значення приблизно до нуля.

Однак, якщо справжньою причиною є бульбашки повітря, вібрація, зміщення датчика або витік клапана, похибка може бути не постійною.

Наприклад, показник може змінюватися з:

+0,08 м/с → -0,03 м/с → +0,05 м/с

У цьому випадку калібрування нуля не може усунути основну проблему.

Краща послідовність усунення несправностей:

Підтвердження нульового потоку → Перевірка стану труби → Перевірка встановлення перетворювача → Перевірка сили сигналу → Перевірка наявності повітряних бульбашок та вібрації → Перевірка температурних умов → За необхідності виконайте калібрування нуля

8. Як розрізняти різні типи задач з нульовою точкою

Дрейф нульової точки в ультразвуковому витратомірі становитьне обов'язково спричинена самою електронною нульовою точкою.

У багатьох реальних застосуваннях те, що здається дрейфом нульової точки, насправді є результатом комбінаціїфактичний низький потік, встановлення перетворювача, вібрація труби, бульбашки повітря, зміни температури, якість сигналу та стабільність електронних вимірювань.

Тому правильний підхід полягає не лише в налаштуванні нульової точки. Інженер повинен спочатку визначити, чи проблема виникає зтруба, рідина, установка, акустичний сигнал або електроніка.

Для ультразвукових витратомірів із накладним кріпленням, перевіркаСила сигналу, стабільність сигналу, відстань між перетворювачами, стан труби та якість з'єднанняце особливо важливо перед виконанням калібрування нуля.