การพัฒนามาตรวัดการไหลของน้ำแบบไม่รุกล้ำ

เครื่องวัดการไหลของน้ำที่ไม่รุกรานใช้เทคโนโลยีการวัดการไหลของอัลตราโซนิก ทรานสดิวเซอร์ของมิเตอร์วัดการไหลมักจะเป็นแบบหนีบโดยไม่รบกวนท่อส่งน้ำ เรามักจะเห็นเครื่องวัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิกแบบพกพา เครื่องวัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิคแบบมือถือ หรือเครื่องวัดการไหลของน้ำแบบติดผนังพร้อมเซ็นเซอร์วัดการไหลแบบไม่บุกรุกเพื่อทำการวัดการไหลของน้ำ

เทคโนโลยี Ultrasonic flowmeter ถือกำเนิดขึ้นในตลาดตั้งแต่ปี 1970 ในช่วงเริ่มต้นนั้น ส่วนใหญ่จะใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Doppler อย่างไรก็ตาม ในระยะแรก เทคโนโลยีเครื่องวัดการไหลของน้ำแบบไม่รุกล้ำถูกนำไปใช้กับงานที่ไม่เหมาะสมจำนวนมาก ซึ่งทำให้ผลการวัดไม่ดี หลายปีต่อมา มีการส่งเสริมการใช้งานที่ประสบความสำเร็จมากขึ้น และการวัดการไหลของน้ำแบบอัลตราโซนิกด้วยเทคโนโลยีที่ไม่รุกรานก็ค่อยๆ ได้รับการยอมรับจากผู้ใช้ ในขณะเดียวกัน ความสามารถของหน่วยประมวลผลอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องวัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิกได้รับการปรับปรุงในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมาด้วยการปรับปรุงระดับทางเทคนิคของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง การปรับปรุงเหล่านี้ไม่เพียงแต่ขยายขอบเขตการใช้งานของเครื่องวัดการไหลแบบ Doppler เท่านั้น แต่ยังทำให้เครื่องวัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิกแบบไทม์ทรานสิทถูกนำไปใช้กับแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย และได้รับความแม่นยำสูงขึ้น จึงทำให้เทคโนโลยีเครื่องวัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิคแบบไม่บุกรุกได้รับการใช้มากขึ้น

ตั้งแต่ปี 1990 บริษัทน้ำมันและก๊าซหลายแห่งและสถานีสอบเทียบอัตราการไหลได้สะสมข้อมูลเชิงปฏิบัติจำนวนมาก จึงทำให้รายงานการวิจัยฉบับแรกเกี่ยวกับการตรวจวัดก๊าซธรรมชาติโดยเครื่องวัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิคเสร็จสมบูรณ์ในปี 1996 ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของ AGA 9 ในปี 1998 . ตั้งแต่นั้นมา เครื่องวัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิคได้รับการพัฒนาอย่างกว้างขวางในด้านการวัดปริมาณก๊าซธรรมชาติ ในปีพ.ศ. 2548 ได้มีการประกาศใช้มาตรฐาน API 5.8 สำหรับการวัดไฮโดรคาร์บอนเหลวด้วยเครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิกเหลวอย่างเป็นทางการ ซึ่งส่งเสริมการประยุกต์ใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิกเหลวในปิโตรเลียมและผลิตภัณฑ์ของบริษัทอย่างมีประสิทธิภาพ
ในปัจจุบัน มีการใช้เครื่องวัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิคทั่วโลกในอัตรามากกว่า 10% ต่อปี จีนเป็นประเทศที่เติบโตเร็วที่สุด และอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซเป็นอุตสาหกรรมแอปพลิเคชันที่ใหญ่ที่สุด

หลักการวัดการไหลของน้ำแบบไม่รุกราน

ปัจจุบันมีเทคโนโลยีอัลตราโซนิกโฟลว์มิเตอร์สองแบบทั่วไปในท้องตลาด: โฟลว์มิเตอร์เวลาขนส่งและดอปเพลอร์โฟลว์มิเตอร์ แม้ว่าเครื่องวัดการไหลแบบไม่ล่วงล้ำด้วยวิธีระยะเวลาการขนส่งจะถูกคิดค้นขึ้นในภายหลัง แต่ก็มีการใช้กันอย่างแพร่หลายและสามารถให้ความแม่นยำในการวัดน้ำที่สูงขึ้น แม้ว่าการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี Doppler จะมีข้อจำกัดมากมาย แต่ก็มีการใช้งานเฉพาะสำหรับการวัดน้ำเสียหรือน้ำสกปรก

เครื่องวัดการไหลของเวลาขนส่งพร้อมเซ็นเซอร์การไหลของน้ำที่ไม่รุกราน

วิธีการมาตรวัดการไหลของเวลาขนส่งหมายถึงเทคนิคการกำหนดความเร็วของน้ำในท่อโดยการวัดเวลาระหว่างทรานสดิวเซอร์ทั้งสองเมื่อพัลส์อัลตราโซนิกไหลไปข้างหน้าและข้างหลัง ทรานสดิวเซอร์แต่ละตัวทำหน้าที่เป็นตัวส่งและตัวรับ เครื่องวัดการไหลของเวลาขนส่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับน้ำสะอาด น้ำประปา น้ำบาดาล น้ำดับเพลิง ฯลฯ ไม่เหมาะสำหรับน้ำสกปรกหรือน้ำเสียหรือน้ำทิ้ง
ภายใต้สภาวะที่น้ำเต็มท่อและอยู่นิ่ง เวลาของพัลส์อัลตราโซนิกที่เข้าและออกจากทรานสดิวเซอร์จะเท่ากันในทางทฤษฎี เนื่องจากในของไหลที่อยู่นิ่ง ความเร็วของเสียงอัลตราโซนิกที่แพร่กระจายไปในทิศทางต่างๆ จะคงที่ หากน้ำไหลผ่านท่อ คลื่นอัลตราโซนิกจะเคลื่อนที่ไปตามกระแสน้ำเร็วกว่าต้นน้ำ และความแตกต่างของเวลาระหว่างทั้งสองจะแปรผันตามความเร็วของน้ำในท่อ สามารถใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิกทั้งแบบโมโนและแบบหลายช่องเพื่อวัดอัตราการไหลของน้ำ แต่เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกแบบหลายช่องสัญญาณจะวัดได้แม่นยำกว่าเนื่องจากได้รับข้อมูลอัตราการไหลจากตำแหน่งต่างๆ ในโปรไฟล์น้ำ ซึ่งใกล้เคียงกับสถานการณ์อัตราการไหลจริง ความเร็วการไหลคำนวณจากระยะเวลาการเดินทางในระยะทางคงที่ และไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิของน้ำ ความดัน และองค์ประกอบของของเหลว
เครื่องวัดอัตราการไหลของน้ำแบบอุลตร้าโซนิคมีความแม่นยำสูงมากในช่วงการไหลที่กว้างมาก โดยไม่สูญเสียแรงดันในท่อ เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกจึงมีประสิทธิภาพการทำงานที่เสถียรมากในฐานะเครื่องวัดการไหลที่ไม่ล่วงล้ำ โดยทั่วไป เครื่องวัดการไหลของน้ำที่ไม่รุกล้ำมีข้อได้เปรียบหลักดังต่อไปนี้เหนือเครื่องวัดการไหลประเภทอื่นๆ: เครื่องวัดการไหลแบบไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ เครื่องวัดการไหลแบบไม่สัมผัส ไม่มีการสูญเสียแรงดัน อัตราส่วนการเปิดเครื่องกว้าง การวัดแสงแบบสองทิศทาง ไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาตามระยะ งานประปาอย่างง่ายที่จำเป็นสำหรับการติดตั้ง ชีวิตที่มั่นคงและยาวนาน

ยึดเครื่องวัดการไหลของน้ำแบบอัลตราโซนิก

เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกของวิธี Doppler และวิธีการส่งเวลามีการติดตั้งแบบหนีบ สามารถหนีบกับมาตรวัดการไหลของน้ำได้ เครื่องวัดการไหลแบบไม่รุกล้ำไม่เจาะผนังท่อและหัววัดไม่สัมผัสกับน้ำ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบไม่ล่วงล้ำนี้มีข้อได้เปรียบในการวัดของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน แต่ความแม่นยำต่ำและไม่สามารถตอบสนองความต้องการความแม่นยำสูงได้ โฟลว์มิเตอร์แบบหนีบต้องปฏิบัติตามการปฏิบัติงานต่อไปนี้อย่างเคร่งครัด: วัสดุของท่อที่จะวัดต้องเหมาะสำหรับการส่งคลื่นเสียง พื้นผิวติดตั้งต้องสะอาดและสะอาด โพรบต้องเชื่อมต่อกันเสียงกับด้านนอกของท่อ (โดยปกติจะใช้จาระบีหรืออีพ็อกซี่) ผนังด้านในของท่อที่จะตรวจวัดต้องปราศจากสารที่สามารถดูดซับคลื่นเสียงได้ ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตมิเตอร์วัดอัตราการไหลมีวิธีต่างๆ ในการติดตั้งแคลมป์บนมิเตอร์วัดการไหลเพื่อจัดตำแหน่งโพรบ ผู้ผลิตบางรายติดชุดหัววัดเข้ากับผนังด้านนอกของท่อส่งโดยใช้รางจัดตำแหน่ง สายรัด โซ่เชื่อมโยง หรือตัวยึดพื้นผิวเพื่อยึดโมดูลทั้งหมดเข้ากับท่อ ความเร็วของเสียงที่คลื่นเสียงเคลื่อนที่นั้นถูกกำหนดโดยวัสดุที่มันผ่าน และมุมของการหักเหที่เกิดขึ้นจะแตกต่างกันไปอย่างมาก เนื่องจากทั้งท่อและน้ำสามารถสร้างมุมการหักเหของแสงได้ จึงเป็นเรื่องยากมากที่จะวางโพรบอย่างแม่นยำ นอกจากนี้ การวางตำแหน่งโพรบที่ใช้กับของไหลชนิดหนึ่งจะไม่ทำงานสำหรับของไหลชนิดอื่น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของมุมหักเห
เมื่อการวางตำแหน่งโพรบที่ถูกต้องสมบูรณ์ จะต้องต่อโพรบเข้ากับผนังท่อด้านนอกด้วยจาระบีหรืออีพ็อกซี่ พื้นผิวข้อต่อที่ขรุขระอาจทำให้โพรบหลุดออกจากผนังท่อ ส่งผลต่อการส่งและรับสัญญาณพัลส์ระหว่างโพรบ สำหรับการใช้งานการถ่ายโอนการควบคุม เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกแบบหนีบไม่มีความแม่นยำและเสถียรภาพตามที่กำหนด

ข้อมูลจำเพาะของเครื่องวัดการไหลของน้ำแบบไม่รุกราน

• เครื่องวัดการไหลของน้ำแบบไม่รุกรานสามารถทำติดผนังเครื่องวัดการไหลของน้ำแบบบุกรุกหรือเครื่องวัดการไหลของน้ำแบบพกพาหรือเครื่องวัดการไหลของน้ำแบบใช้มือถือ
• การไหลของน้ำไปข้างหน้าและย้อนกลับสามารถวัดและบันทึกข้อมูลได้โดยเครื่องวัดการไหลแบบไม่รุกล้ำ
• มีโปรโตคอลการสื่อสารที่หลากหลายโดยเครื่องส่งสัญญาณเครื่องวัดการไหลแบบไม่รุกล้ำ เช่น 4-20mA, พัลส์, รีเลย์, RS485, Modbus โฟลว์มิเตอร์สามารถส่งข้อมูลไปยังพีซีหรือคลาวด์ผ่านโปรโตคอลเพื่อรับรู้อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง โปรโตคอลการสื่อสารเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน
• โฟลทรานสมิตเตอร์มีตัวบันทึกข้อมูลในตัวเพื่อบันทึกข้อมูลการวัดค่าน้ำและสามารถส่งออกข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์ได้ ข้อมูลไปป์ไลน์การตรวจสอบสามารถส่งออกได้ในการตรวจสอบการบำรุงรักษา ข้อมูลประกอบด้วย เวลา อัตราการไหลของน้ำ การไหลของน้ำทั้งหมด การไหลของน้ำไปข้างหน้าและย้อนกลับ และสามารถตั้งค่าช่วงเวลาการวัดได้ ซึ่งเหมาะสำหรับงานตรวจสอบท่อ งานตรวจสอบการไหลของน้ำ
• วิธีต่างๆ ในการติดตั้งโพรบอัลตราโซนิกแบบไม่รุกล้ำ เช่น ข้อต่อโซ่ รางจัดตำแหน่ง หรือสายรัด เครื่องวัดการไหลแบบไม่สัมผัสเพื่อให้สูญเสียแรงดันเป็นศูนย์
• เครื่องวัดอัตราการไหลของน้ำแบบไม่รุกล้ำมีตัวหนีบบนทรานสดิวเซอร์เพื่อไม่ให้ท่อส่งน้ำเสียหายและไม่ทำให้เกิดการรั่วไหลของท่อส่งน้ำ
• ขนาดท่อส่งน้ำตั้งแต่ DN32 ถึง DN2000 ขนาดคำขอปกติคือ 1 นิ้ว เครื่องวัดการไหลของน้ำแบบไม่รุกล้ำ, 2”, 3” 4 นิ้ว, DN100,6 นิ้ว เซ็นเซอร์วัดการไหลแบบอุลตร้าโซนิค, 8 นิ้ว, 10”, 12 นิ้ว หรือ DN300 แคลมป์บนมิเตอร์วัดการไหล
• ช่วงความเร็วน้ำ: ±0.01m/s~±12.0m/s