Memahami pengukur aliran ultrasonik dan prinsip kerjanya dalam pengukuran aliran air

Pengukuran laju aliran melibatkan penentuan jumlah fluida yang melewati area permukaan tertentu dari sebuah kapal pada waktu tertentu. Seperti semua bentuk pengukuran, ia memiliki aplikasi kehidupan sehari-hari mulai dari penggunaannya dalam memantau konsumsi air dan gas untuk estimasi tagihan hingga aplikasi industri yang lebih kritis (misalnya pencampuran beberapa bahan kimia berskala besar) di mana pengukuran laju aliran memainkan peran kunci dalam menjaga kualitas proses / produk.

Untuk menentukan laju aliran, jenis pengukur khusus yang disebut pengukur aliran digunakan. Ada banyak jenis Pengukur Aliran, karena beragam persyaratan dalam pengukuran aliran (linier / non-linier, laju massa / volumetrik, dll). Meteran bervariasi satu sama lain berdasarkan faktor yang berbeda termasuk; teknik pengukuran yang mereka terapkan, parameter aliran spesifik yang mereka pantau, volume cairan yang dapat mereka lacak, dan beberapa atribut fisiknya. YFS201 adalah sensor aliran air yang populer, yang sebelumnya kami gunakan untuk mengukur aliran air menggunakan Arduino dan menghitung laju aliran dan volume yang tersebar.

Beberapa jenis / kategori pengukur aliran antara lain; Turbin, Vortex, Thermal mass, Magnetic, Oval gear, Paddlewheel, Coriolis, Mass flow, Low-flow, dan Ultrasonic flow meter menjadi fokus dari artikel ini. Pengukur Aliran Ultrasonik menyediakan cara non-invasif yang sangat andal untuk menentukan jumlah cairan yang mengalir melalui bejana dan mereka telah menemukan aplikasi di berbagai industri mulai dari minyak dan gas hingga penyedia Utilitas.

Untuk artikel ini, kita akan melihat segala sesuatu di sekitar Pengukur Aliran Ultrasonik, cara kerjanya, kelebihan, dan kekurangannya.

Pengukur Aliran Ultrasonik

Sesuai dengan namanya, pengukur aliran ultrasonik, salah satu pengukur aliran yang banyak digunakan, merupakan perangkat non-intrusif yang menghitung aliran volume fluida dengan cara mengukur kecepatannya dengan ultrasound. Ini dapat mengukur aliran fluida di hampir semua fluida di mana gelombang suara dapat memancar. Jenis pengukur aliran ini biasanya dianggap sebagai "hibrida" karena dapat menggunakan prinsip Doppler atau metode waktu transit untuk mengukur aliran, kita akan membahas kedua prinsip tersebut nanti di artikel ini. Perhatikan bahwa pengukur aliran ini juga disebut sebagai pengukur aliran Doppler jika mereka beroperasi menggunakan prinsip doppler.

Pengukur aliran ultrasonik paling ideal untuk aplikasi air di mana penurunan tekanan rendah, perawatan rendah, dan kompatibilitas bahan kimia diperlukan. Mereka umumnya tidak akan berfungsi dengan air minum atau suling tetapi cocok untuk aplikasi air limbah atau cairan kotor konduktif. Mereka digunakan dengan cairan abrasif dan korosif karena tidak menghalangi aliran cairan melalui pipa.

Prinsip kerja Ultrasonic Flow Meter

Pengukur aliran ultrasonik menggunakan prinsip gema, dan variasi kecepatan suara di berbagai media untuk mengukur aliran. Pengukur biasanya berisi dua transduser ultrasonik dengan satu berfungsi sebagai pemancar dan yang lainnya sebagai penerima. Kedua transduser dapat dipasang berdampingan atau pada sudut satu sama lain di sisi berlawanan dari kapal. Transduser pemancar memancarkan pulsa suara dari permukaan sensor ke fluida dan diterima oleh transduser yang ditunjuk sebagai penerima. Waktu yang dibutuhkan pulsa suara untuk bergerak dari pemancar ke penerima, yang dikenal sebagai waktu transit, kemudian diperkirakan dan digunakan dalam menentukan laju aliran dan parameter lainnya.

Untuk konfigurasi kedua, dengan pemancar dan penerima ditempatkan berdampingan, pemancar memancarkan pulsa suara sementara receiver memantau waktu yang dibutuhkan untuk menerima gema dari transmisi.

Terlepas dari konfigurasi sensor, pengukuran dengan perbedaan waktu transit didasarkan pada fakta bahwa; gelombang suara yang merambat ke arah aliran medium bergerak lebih cepat daripada gelombang yang merambat berlawanan arah aliran medium. Jadi, perbedaan waktu transit berbanding lurus dengan kecepatan aliran medium dan prinsip ini digunakan untuk mengukur volume gas dan cairan secara akurat dan juga untuk menurunkan densitas dan viskositas.

Sementara dua metode di atas adalah yang paling umum digunakan, pengukur aliran ultrasonik yang berbeda menggunakan versi modifikasi ini, berdasarkan jenis cairan dan pengukuran yang akan dilakukan. Gambar meteran air Ultrasonik di bawah ini menggambarkan bagaimana transduser hulu dan hilir ditempatkan di dalam pipa sensor bersama dengan beberapa reflektor untuk desain meteran aliran air. Pengaturan perangkat keras sebenarnya dari yang sama juga ditampilkan dengan kedua transduser ditandai.

Menghitung Laju Aliran menggunakan Sensor Aliran Ultrasonik

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih jelas tentang teknis di balik ini, perhatikan gambar di bawah ini yang menampilkan konfigurasi pertama dengan transduser pemancar (TA) dan penerima (TB) yang dipasang pada sudut yang berlawanan satu sama lain;

Biarkan waktu yang dibutuhkan gelombang akustik untuk bergerak dari pemancar ke penerima, yaitu, dalam arah aliran medium menjadi T _{A –B}, dan waktu yang dibutuhkan untuk berpindah dari transduser penerima ke transduser pemancar, yang berlawanan dengan arah aliran T _{B –A}.

Perbedaan dalam dua waktu transit berbanding lurus dengan kecepatan aliran rata-rata, v _m medium yaitu;

T _{B –A} - T _{A –B} = v _m ------------- Persamaan 1

Karena waktu transit sinyal adalah jarak antara transduser pemancar dan pemancar penerima dibagi dengan kecepatan yang dibutuhkan sinyal akustik untuk melakukan perjalanan dari satu transduser ke transduser lain yang kita miliki.

T _{A –B} = L / (C _AB + v * cosα) -------------- Persamaan 2

Dan;

T _{B –A} = L / (C _BA - v * cos α) --------------- Persamaan 3

Persamaan 2 dan 3 menentukan laju aliran antara transduser A hulu dan transduser B hilir. dimana;

v = kecepatan aliran medium, L = panjang jalur akustik, c = kecepatan suara dalam medium, dan alpha “α” adalah sudut ke pipa di mana suara ultrasonik bergerak dari pemancar ke penerima.

Dengan asumsi kecepatan suara dalam medium adalah konstan (yaitu tidak ada perubahan dalam parameter seperti kepadatan fluida, suhu, dll.) Yang kita miliki;

(L / (2 * cos)) * (T _{B – A} - T _{A – B}) / (T _{B – A} x T _{A – B})

mengalikan kecepatan rata-rata dengan luas penampang pipa, kita mendapatkan laju aliran, Q sebagai;

Q = (π * D ³) / (4 * sin 2α) * (T _{B – A} - T _{A – B}) / (T _{B – A} x T _{A – B})

Luas penampang pipa adalah konstan untuk pengukur aliran ultrasonik inline dengan diameter D.Penerapan

persamaan ini tanpa variabel seperti kepadatan, suhu, tekanan, kecepatan suara, dan karakteristik yang ditentukan media / fluida lainnya, menampilkan alasannya di balik keserbagunaan dan akurasi pengukur aliran ultrasonik.

Keuntungan / Signifikansi meter Ultrasonik

Keuntungan utama pengukur aliran ultrasonik harus bersifat non-invasif dan kemampuannya untuk bekerja dengan semua jenis cairan (karena kepadatan dan kecepatan suara dalam cairan tidak menjadi masalah). Zat yang beragam (termasuk bahan kimia, pelarut, minyak, dll.) Dengan sifat yang berbeda diangkut dan didistribusikan oleh sistem perpipaan setiap hari dengan kebutuhan untuk memantau alirannya. Sifat non-invasif dari pengukur aliran Ultrasonik menjadikannya pengukur goto dalam situasi seperti ini. Inilah mengapa mereka menemukan aplikasi di berbagai sektor industri, dari industri yang terkait dengan kimia hingga pemrosesan makanan, pengolahan air, dan sektor minyak dan gas.

Kekurangan

Kerugian utama dari pengukur aliran ultrasonik adalah harganya. Karena kompleksitas desainnya, pengukur aliran ultrasonik biasanya lebih mahal daripada pengukur mekanis atau jenis lainnya, karena memerlukan lebih banyak upaya dan komponen,

Selain kerumitan desain dan biaya, pengukur aliran ultrasonik juga memerlukan tingkat keahlian dalam pemasangan / penanganan dibandingkan dengan kebanyakan jenis pengukur lainnya.

Pengukur Aliran Ultrasonik Teratas di Pasar

Sementara pasar untuk pengukur aliran ultrasonik global diharapkan mencapai USD $ 2 Miliar pada tahun 2024, pasar telah menyaksikan pertumbuhan yang kuat dalam beberapa tahun terakhir, berkat aplikasinya di berbagai industri saat ini dan pengenalan beberapa varian yang baru ditingkatkan. Banyak produsen telah mengembangkan pengukur aliran ultrasonik dengan teknologi canggih untuk meningkatkan akurasi pengukuran. Karena pengukur ini melayani solusi khusus industri, perkembangan terbaru diharapkan dapat mendorong pasar selama periode perkiraan. Pengukur aliran ultrasonik teratas di pasaran meliputi:

Pengukur Aliran Ultrasonik Sonic-View: Tampilan sonik, salah satu solusi terbaik untuk mengukur aliran cairan rendah beroperasi berdasarkan prinsip waktu transit. Transduser tidak bersentuhan dengan media dan tidak ada bagian bergerak yang digunakan di dalam instrumen. Fitur tak terkalahkan seperti biaya kepemilikan yang rendah, operasi bebas perawatan selama bertahun-tahun, transduser terlindungi, siklus pengukur yang kuat seumur hidup dan sifatnya yang tidak sensitif terhadap puncak tekanan dan partikel, semuanya berkontribusi pada mengapa pengukur aliran ultrasonik tampilan sonik adalah salah satu solusi terbaik di pasar meteran.

Pengukur air ultrasonik Shmeters: Di bawah berbagai kondisi aliran pipa, pengukur air ultrasonik ini untuk keperluan industri dan komersial mampu menandai pengukuran bagian desain dengan akurasi pengukuran setinggi mungkin. Meteran ini bertenaga baterai dan dapat bekerja tanpa gangguan selama 10 tahun hanya dengan satu baterai; konsumsi dayanya kurang dari 0,5mW. Itu bisa terus bekerja lama tanpa terpengaruh oleh gangguan magnet. Sementara itu, sangat andal dan sensitif, kecepatan aliran serendah 0,002m / s dapat dengan cepat dideteksi.

Pengukur Aliran Ultrasonik Sitrans FS: Mereka memberikan kinerja yang mengesankan untuk berbagai gas dan cairan karena mereka dapat beroperasi secara independen dari suhu, viskositas, konduktivitas, tekanan, kepadatan dan dalam kondisi terberat. Sitrans FS220 membanggakan dirinya sebagai solusi terbaik di kelasnya untuk pengukuran aliran langsung karena kemungkinannya tampaknya tidak terbatas.

Khususnya dalam aplikasi tingkat konsumen, pengukur Ultrasonik menjadi ditingkatkan dengan teknologi seperti LoRa yang memungkinkan pemerintah kota dan otoritas terkait untuk memantau hal-hal seperti konsumsi gas dan air dari jarak jauh. Sifat media komunikasi yang berdaya rendah memungkinkan pengukur ini bertahan selama 5+ tahun dengan sekali pengisian baterai, jauh lebih banyak daripada yang dapat dicapai dengan menggunakan pengukur mekanis.