유량 측정 은 특정 시간에 용기의 지정된 표면적을 통과하는 유체의 양을 결정하는 것을 포함합니다. 모든 형태의 측정과 마찬가지로 청구서 추정을위한 물 및 가스 소비 모니터링 에서 사용하는 것부터 유량 측정이 유지 관리에 중요한 역할을하는보다 중요한 산업 응용 분야 (예: 여러 화학 물질의 대규모 혼합)에 이르기까지 일상 생활에 적용 됩니다. 공정 / 제품의 품질.
유량을 결정하기 위해 유량계라고하는 특별한 종류의 미터 가 사용됩니다. 많은있다 유량계의 종류 의한 유량 측정의 다양한 조건 (선형 / 비선형 질량 / 부피 비율 등)에이. 미터는 다음과 같은 다른 요인에 따라 서로 다릅니다. 그들이 적용하는 측정 기술, 모니터링하는 특정 유량 매개 변수, 추적 할 수있는 유체의 양, 몇 가지를 언급 할 수있는 물리적 속성. YFS201은 널리 사용되는 수류 센서로 이전에 Arduino를 사용하여 수류를 측정하고 유량 및 분산 된 부피를 계산하는 데 사용했습니다.
유량계 의 유형 / 범주 중 일부는 다음과 같습니다. 이 기사의 초점은 터빈, 소용돌이, 열 질량, 자기, 타원형 기어, 패들 휠, 코리올리, 질량 유량, 저 유량 및 초음파 유량계입니다. 초음파 유량계 는 선박을 통해 흐르는 유체의 양을 결정하는 비 침습적이고 매우 신뢰할 수있는 수단을 제공하며 석유 및 가스에서 유틸리티 제공 업체에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 응용 분야를 찾았습니다.
이 기사에서는 초음파 유량계의 모든 것, 작동 방식, 장점 및 단점을 살펴볼 것입니다.
초음파 유량계
이름에서 알 수 있듯이 널리 사용되는 유량계 중 하나 인 초음파 유량계는 초음파 로 속도를 측정하여 유체의 체적 유량을 계산하는 비 간섭 장치입니다. 음파가 전달할 수있는 거의 모든 유체의 유체 흐름을 측정 할 수 있습니다. 이러한 유형의 유량계는 일반적으로 도플러 원리 또는 통과 시간 방법 을 사용하여 유량을 측정 할 수 있기 때문에 "하이브리드"로 간주됩니다.이 기사의 뒷부분에서 두 가지 원리에 대해 논의 할 것입니다. 이러한 유량계 는 도플러 원리를 사용하여 작동하는 경우 도플러 유량계 라고도 합니다.
초음파 유량계는 낮은 압력 강하, 낮은 유지 보수 및 화학적 호환성이 필요한 물 응용 분야에 가장 이상적입니다. 일반적으로 음용수 나 증류수에는 사용할 수 없지만 폐수 나 전도성이있는 더러운 액체에는 적합합니다. 파이프 라인을 통해 흐르는 액체를 방해하지 않기 때문에 연마 성 및 부식성 액체와 함께 사용됩니다.
초음파 유량계의 작동 원리
초음파 유량계는 에코의 원리와 다양한 매체에서 음속 변화를 사용하여 유량을 측정합니다. 미터에는 일반적으로 두 개의 초음파 변환기 가 포함되어 있으며 하나는 송신기로, 다른 하나는 수신기로 작동합니다. 두 변환기는 나란히 또는 용기의 반대쪽에 서로 비스듬히 장착 할 수 있습니다. 송신 변환기는 센서 표면에서 유체로 사운드 펄스를 방출하고 수신기로 지정된 변환기에서 수신합니다. 사운드 펄스가 송신기에서 수신기로 이동하는 데 걸리는 시간 (이동 시간)을 추정하여 유량 및 기타 매개 변수를 결정하는 데 사용합니다.
두 번째 구성의 경우 송신기와 수신기를 나란히 놓고 송신기는 사운드 펄스를 방출하고 수신기는 전송 에코를 수신하는 데 걸리는 시간을 모니터링합니다.
센서 구성에 관계없이 이동 시간 차이를 사용한 측정은 다음 사실을 기반으로합니다. 매체의 흐름 방향으로 전파되는 음파는 매체의 흐름 방향에 대해 전파되는 파도보다 더 빠르게 이동합니다. 따라서 이동 시간 의 차이 는 매체 의 유속에 정비례하며이 원리는 기체와 액체의 부피를 정확하게 측정하고 밀도와 점도를 도출하는 데 사용됩니다.
위의 두 가지 방법이 매우 일반적으로 사용되는 반면, 다른 초음파 유량계는 수행 할 액체 유형 및 측정에 따라 수정 된 버전을 사용합니다. 아래의 초음파 수량계 이미지는 상류 및 하류 변환기가 유량계 설계를위한 일부 반사기와 함께 센서 파이프 내부에 배치되는 방식을 보여줍니다. 동일한 하드웨어 설정도 두 변환기가 모두 표시된 상태로 표시됩니다.
초음파 유량 센서를 사용하여 유량 계산
이 뒤에 숨겨진 기술을 더 명확하게 이해하려면 송신기 (TA)와 수신기 (TB) 변환기가 서로 반대 각도로 장착 된 첫 번째 구성을 특징으로하는 아래 이미지를 고려하십시오.
음파가 송신기에서 수신기 로 이동하는 데 걸리는 시간, 즉 매체의 흐름 방향으로 T A –B, 수신 변환기에서 전송 변환기로 이동하는 데 걸리는 시간, 즉 흐름 방향 T B –A 와 반대 입니다.
두 통과 시간의 차이 는 매체 의 평균 유속 v m 에 정비례합니다.
T B –A – T A –B = v m ------------- 방정식 1
신호의 전송 시간은 음향 신호가 하나의 변환기에서 다른 변환기로 이동하는 데 필요한 속도로 나눈 전송 변환기와 수신 송신기 사이의 거리이므로
T A –B = L / (C AB + v * cosα) -------------- 방정식 2
과;
T B –A = L / (C BA – v * cos α) --------------- 방정식 3
방정식 2와 3은 트랜스 듀서 A 업스트림과 트랜스 듀서 B 다운 스트림 사이의 유량을 정의합니다. 어디;
v = 매체의 유속, L = 음향 경로의 길이, c = 매체의 사운드 속도, 알파 "α"는 초음파 사운드가 송신기에서 수신기로 이동하는 파이프의 각도입니다.
매체에서 소리의 속도가 일정하다고 가정하면 (즉, 유체의 밀도, 온도 등과 같은 매개 변수의 변화가 없음).
(L / (2 * cos)) * (T B–A – T A–B) / (T B–A x T A–B)
평균 속도에 파이프의 단면적을 곱하면 유량 Q를 얻을 수 있습니다.
Q = (π * D 3) / (4 * sin 2α) * (T B–A – TA –B) / (T B–A x TA –B)
파이프의 단면적은 직경이 D 인 인라인 초음파 유량계에 대해 일정합니다.
밀도, 온도, 압력, 음속 및 기타 매체 / 유체 정의 특성과 같은 변수없이 이러한 방정식을 구현하면 이유를 알 수 있습니다. 초음파 유량계의 다양성과 정확성 뒤에 있습니다.
초음파 측정기의 장점 / 의미
초음파 유량계의 주요 장점은 비 침습적 특성 과 모든 유형의 유체와 함께 작동 할 수 있다는 것입니다 (유체의 밀도와 음속은 중요하지 않기 때문입니다). 서로 다른 특성을 가진 다양한 물질 (화학 물질, 용제, 오일 등)이 매일 배관 시스템에 의해 운송되고 분배되며 흐름을 모니터링 할 필요가 있습니다. 초음파 유량계의 비 침습적 특성으로 인해 이와 같은 상황에서 고토 미터가됩니다. 이것이 화학 관련 산업에서 식품 가공, 수처리, 석유 및 가스 부문에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 응용 분야를 찾는 이유입니다.
단점
초음파 유량계의 주요 단점은 가격입니다. 설계의 복잡성으로 인해 초음파 유량계는 더 많은 노력과 구성 요소가 필요하기 때문에 일반적으로 기계식 또는 다른 유형의 계량기보다 더 비쌉니다.
설계 복잡성과 비용 외에도 초음파 유량계는 대부분의 다른 유형의 계량기에 비해 설치 / 취급에 대한 전문 지식이 필요합니다.
시장에서 최고의 초음파 유량계
글로벌 초음파 유량계 시장은 2024 년까지 미화 20 억 달러에이를 것으로 예상되지만, 시장은 오늘날 수많은 산업에 적용되고 새롭게 개선 된 변형의 도입 덕분에 지난 몇 년 동안 강력한 성장을 목격했습니다. 많은 제조업체가 측정 정확도를 높이기 위해 첨단 기술을 갖춘 초음파 유량계를 개발했습니다. 이 미터는 산업별 솔루션을 제공하므로 최신 개발이 예측 기간 동안 시장을 주도 할 것으로 예상됩니다. 시장에 나와있는 최고의 초음파 유량계는 다음과 같습니다.
Sonic-View 초음파 유량계: 낮은 액체 유량 측정을위한 최고의 솔루션 중 하나 인 Sonic-View 는 이동 시간 원리로 작동합니다. 변환기는 매체와 접촉하지 않으며 기기 내에서 사용되는 움직이는 부품이 없습니다. 낮은 소유 비용, 수년간의 유지 보수가 필요없는 작동, 보호 된 변환기, 견고한 계량기의 평생주기 및 압력 피크 및 입자에 대한 민감하지 않은 특성과 같은 탁월한 기능이 모두 sonic-view 초음파 유량계가 미터 시장에서 최고의 솔루션.
Shmeters 초음파 수량계: 다양한 파이프 흐름 조건에서이 산업 및 상업용 초음파 수량계는 최고의 측정 정확도로 설계 섹션 측정을 마킹 할 수 있습니다. 미터는 배터리로 작동하며 단 하나의 배터리로 10 년 동안 중단없이 작동 할 수 있습니다. 전력 소비는 0.5mW 미만입니다. 자기 간섭의 영향을받지 않고 오랫동안 계속 작동 할 수 있습니다. 한편, 매우 신뢰할 수 있고 민감하며 0.002m / s의 낮은 유속을 빠르게 감지 할 수 있습니다.
Sitrans FS 초음파 유량계: 온도, 점도, 전도도, 압력, 밀도와는 무관하게 가장 열악한 조건에서도 작동 할 수 있기 때문에 다양한 가스 및 액체에 대해 인상적인 성능을 제공합니다. Sitrans FS220은 가능성이 무한한 것처럼 보이기 때문에 간단한 유량 측정을위한 동급 최강의 솔루션으로 자부합니다.
특히 소비자 등급 응용 분야에서 초음파 계량기는 지방 및 관련 당국이 가스 및 물 소비와 같은 것을 원격으로 모니터링 할 수있는 LoRa와 같은 기술에 의해 향상되고 있습니다. 통신 매체의 저전력 특성으로 인해 이러한 미터는 단일 배터리 충전으로 5 년 이상 지속될 수 있습니다. 이는 기계식 미터를 사용하여 얻을 수있는 것보다 훨씬 더 많습니다.