1 Ultrazvukový průtokoměr UFM 3030 pro měření průtoku kapalin Podrobný výklad měřicího principu 31.5.2006 Petr Komp
Měření doby průchodu signálu Senzor A Měřicí princip ultrazvukového průtokoměru UFM 3030 L V m α Senzor B Rozdíl v době trvání průchodu signálu je přímo úměrný rychlosti průtoku měřené kapaliny 2
3 Výpočet rychlosti průtoku Měření doby průchodu signálu Akustický impuls je vysílán a přijímán po dráze napříč proudící kapalinou, jako kanoe plující přes řeku. Ultrazvukové vlnění se šíří rychleji ve směru a pomaleji proti směru proudící kapaliny. Doba trvání průchodu = vzdálenost rychlost po směru A do B T A B = L C + V cos α proti směru B do A T B A = L C V cos α Senzor A Střední rychlost průtoku D C m L α V m V cos α V = L T B A -T A B 2 cos α T B A T A B Konstanta přístroje (= GK) D = průměr potrubí Senzor B L= vzdálenost senzorů V m = rychlost průtoku kapaliny C m = rychlost zvuku v kapalině Přesné měření průtoku nezávisí na : hustotě, viskozitě, teplotě, rychlosti šíření zvuku
4 ýhody ultrazvukových průtokoměrů pro montáž do potrubí Nic nezasahuje do průřezu Bez pohybujících se částí Bez opotřebení a tlakové ztráty Provoz nezávisí na vlastnostech měřené kapaliny Pro elektricky vodivé i nevodivé kapaliny Obousměrné měření Vysoké měřicí rozpětí (měří praktick od nuly) Vynikající přesnost v širokém rozsahu průtoků
iné měřicí principy A Dopplerův princip: Přesnost měření: ±5% Neznáme přesné místo rychl. profilu ve kterém měříme Nepoužitelné pro čisté kapaliny Závisí na způsobu a místu montáže a provozních podmínkách (viz příložné průtokoměry) D úhel lomu na rozhraní (VOS) V m Vysílač Přijímač Příložné: nevýhody Přesnost měření ± (1% - 5%) Závisí na podmínkách a způsobu montáže, tloušťce stěny potrubí atd. Závisí na změně provozních podmínek (viskozita, rychlost šíření zvuku v měřené kapalině) Měření je významně ovlivněno změnou tvaru rychlostního profilu Není možná kalibrace v kalibrační trati B Pevné částice, od kterých se vlnění odráží 5
6 UFM 3030 - krok do třetího rozměru I! Jedinečné rozmístění 3 kanálů Patentovaná konstrukce senzorů Číslicové zpracování signálu Lepší parametry Vyšší spolehlivost Širší rozsah aplikací
7 Krok do třetího rozměru! UFM 3030 je unikátní Firma KROHNE vyvinula na základě svých třicetiletých zkušeností, které získala výrobou více než 30 000 ultrazvukových průtokoměrů a intenzivního několikaletého vlastního vývoje opravdu univerzální průtokoměr, který je možno snadno instalovat a který má konkurenceschopnou cenu. Jedinečné vlastnosti UFM 3030 Unikátní rozmístění 3 kanálů Patentovaná konstrukce senzorů Číslicové zpracování signálu Vstupy 4 20 ma pro snímače tlaku a teploty korekce Na standardní objem SW pro dávkování (start stop provoz) Výhody UFM 3030 Lepší parametry přesnost lepší než ±0,5% v celém rozsahu bez omezení lepší stabilita Vyšší spolehlivost Trvalá kontrola funkce přístroje a provozních podmínek Širší rozsah aplikací 5% pev. částic & 2% plynu v kapalině na přání hmotnostní průtok a přepočtený obj. průtok SW pro dávkování
8 UFM 3030 - Krok do třetího rozměru II Jedinečné rozmístění 3 kanálů Poskytuje více informací o rychlostním profilu Spolehlivé výsledky při osově nesymetrickém tvaru rychlostního profilu Vynikající opakovatelnost (± 0,2%) Typická přesnost průtokoměru UFM 3030 je lepší než ± 0,5% z měřené hodnoty Vyšší přesnost v celém rozsahu průtoku (eliminace vlivu Re)
9 Tvar plně vyvinutého rychlostního profilu Krok do třetího rozměru Turbulentní Laminární proudění proudění V m Jedinečné rozmístění kanálů stabilní, prověřené uspořádání ověřeno experimentálně na základě výsledků intenzivního výzkumu Reynoldsovo číslo: ρ υ D R e = η Turbulentní proudění Plochý tvar R e > ±2300 Laminární proudění Parabolický tvar R e < ±2300 Přechodová oblast Za nepříznivých podmínek, např. vysoké viskozitě nebo nízkém průtoku 1500 / 1000 < R e < 4000
10 UFM 3030 - patentovaná konstrukce senzorů Celokovové pouzdro senzoru Akusticky stíněný senzor zajišťuje stabilní a přesné měření. Piezoelement Akustické stínění Konstrukce vhodná pro vysoké teploty a tlaky měřené kapaliny. Malý rozměr senzorů umožňuje zmenšit otvory v měřicí trubici a tím snížit víření v místě výstupu akustického signálu do měřené kapliny. původní nové Srovnání provedení senzorů
11 Patentovaná konstrukce senzorů Senzor A Senzor B Přeslech přes stěnu měřicí trubice Maximum přímého signálu Signál přes stěnu měřicí trubice Časový posun polohy maxima díky interferenci se signálem přes stěnu měřicí trubice Firma KROHNE vyvinula patentované provedení senzorů, které jsou akusticky izolovány. Tím se vyloučí vliv přeslechů. Teplotní odolnost UFM 3030 standard: 180 C UFM 3030 XT (na přání): 220 C
12 UFM 3030 - propracovaná elektronika & software Unikátní software pro Digital Signal Processing lepší detekce signálu dokonalé zpracování signálu velmi přesné měření doby průchodu signálu vnitřní diagnostika chodu přístroje
13 Cílevědomý výzkum a vývoj Propracovaná elektronika & software analogový signál Nový způsob automatického nastavení úrovně spouštění X Stop digitalizovaný signál po A/D převodu Lepší detekce signálu pomocí Digital Signal Processing (DSP) software převod z analogového na digitalizovaný signál výpočet optimální úrovně spouštění stabilní i za nepříznivých podmínek lepší spolehlivost DSP zpracovává i signály s vysokou úrovní šumu a rušení (pevné částice a bubliny plynu v kapalině) vždy je rozpoznán správný signál bez ohledu na úroveň šumu spojitá kontrola platnosti naměřených hodnot v případě výpadku jednoho kanálu ostatní pokračují v měření
Přehled dodávaných přístrojů Plováčkové průtokoměry pro kapaliny i plyny Magneticko indukční průtokoměry pro kapaliny Ultrazvukové průtokoměry pro kapaliny i plyny Hmotnostní průtokoměry pro kapaliny i plyny Vírové průtokoměry pro páru, plyny i kapaliny Mechanické proudoznaky pro kapaliny Magneticko indukční proudouznaky pro kapaliny Radarové hladinoměry pro kapaliny i sypké látky TDR hladinoměry pro kapaliny i sypké látky Ultrazvukové hladinoměry pro kapaliny i sypké látky Vibrační hladinové spínače pro kapaliny i sypké látky Obtokové plovákové stavoznaky Vztlakové hladinoměry vhodné i pro extrémní tlaky a teploty Termické hmotnostní průtokoměry a regulátory průtoku Sierra Instruments 14
Další služby a kontaktní údaje pro Českou republiku Záruční i pozáruční servis přístrojů KROHNE i Sierra Instruments Prvotní ověření průtokoměrů a kalibrace průtokoměrů i hladinoměrů Poradenská činnost v oblasti měření průtoku i výšky hladiny Kontaktní údaje KROHNE CZ spol. s r.o. sídlo společnosti: Soběšická 156 638 00 Brno tel.: 545 532 111 (ústředna) fax: 545 220 093 e-mail: brno@krohne.cz KROHNE CZ spol. s r.o. pracoviště Praha: Žateckých 22 140 00 Praha 4 tel.: 261 222 854-5 fax: 261 222 856 e-mail: praha@krohne.cz KROHNE CZ spol. s r.o. pracoviště Ostrava: Koláčkova 12 724 00 Ostrava - Stará Bělá tel.: 596 714 004 fax: 596 714 187 e-mail: ostrava@krohne.cz www.krohne.cz www.krohne.com 15