Phát triển đồng hồ đo lưu lượng nước không xâm lấn

Đồng hồ đo lưu lượng nước không xâm lấn đang sử dụng công nghệ đo lưu lượng siêu âm; đầu dò của đồng hồ đo lưu lượng thường được kẹp vào các loại không xâm nhập vào đường ống dẫn nước, chúng ta thường thấy đồng hồ đo lưu lượng siêu âm cầm tay, đồng hồ đo lưu lượng siêu âm cầm tay hoặc đồng hồ đo lưu lượng nước treo tường có cảm biến lưu lượng không xâm lấn để đo lưu lượng nước.

Công nghệ lưu lượng kế siêu âm đã xuất hiện trên thị trường từ năm 1970. Lúc đầu, nó chủ yếu dựa trên lưu lượng kế Doppler. Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu, công nghệ đo lưu lượng nước không xâm lấn được áp dụng trong nhiều ứng dụng không phù hợp dẫn đến kết quả đo kém. Nhiều năm sau, một số ứng dụng thành công hơn đã được quảng bá và phép đo lưu lượng nước siêu âm với công nghệ không xâm lấn đã dần được người dùng công nhận. Đồng thời, khả năng của đơn vị xử lý điện tử của lưu lượng kế siêu âm đã được cải thiện trong vài thập kỷ qua với sự cải thiện trình độ kỹ thuật của ngành công nghiệp điện tử. Với sự phát triển liên tục, những cải tiến này không chỉ mở rộng lĩnh vực ứng dụng của lưu lượng kế Doppler mà còn làm cho lưu lượng kế siêu âm chuyển tiếp thời gian được áp dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau và có thể đạt được độ chính xác cao hơn, do đó làm cho công nghệ lưu lượng kế siêu âm không xâm lấn được sử dụng nhiều hơn.

Từ năm 1990, nhiều công ty dầu khí và trạm hiệu chuẩn lưu lượng đã tích lũy được một lượng lớn dữ liệu thực tế, do đó hoàn thành báo cáo nghiên cứu đầu tiên về phép đo khí tự nhiên bằng lưu lượng kế siêu âm vào năm 1996, đây là phần quan trọng của báo cáo AGA 9 năm 1998 . Kể từ đó, lưu lượng kế siêu âm đã được phát triển rộng rãi trong lĩnh vực đo khí tự nhiên. Năm 2005, cũng dựa trên một số lượng lớn dữ liệu thực tế, tiêu chuẩn API 5.8 để đo hydrocacbon lỏng bằng lưu lượng kế siêu âm lỏng đã được chính thức ban hành, giúp thúc đẩy hiệu quả ứng dụng của lưu lượng kế siêu âm lỏng trong dầu mỏ và các sản phẩm của nó.
Hiện tại, số lượng lưu lượng kế siêu âm được áp dụng trên toàn cầu với tốc độ hơn 10% mỗi năm. Trung Quốc là quốc gia phát triển nhanh nhất và ngành dầu khí là ngành ứng dụng lớn nhất.

Nguyên tắc đo lưu lượng nước không xâm lấn

Có hai công nghệ lưu lượng kế siêu âm phổ biến trên thị trường hiện nay: lưu lượng kế thời gian vận chuyển và lưu lượng kế Doppler. Mặc dù Đồng hồ đo lưu lượng không xâm nhập với phương pháp thời gian vận chuyển được phát minh muộn hơn, nhưng nó được sử dụng rộng rãi và có thể đạt được độ chính xác cao hơn khi đo nước. Mặc dù ứng dụng của công nghệ Doppler có nhiều hạn chế, nhưng nó cũng có ứng dụng độc đáo để đo nước thải hoặc nước bẩn.

Đồng hồ đo lưu lượng thời gian vận chuyển với cảm biến lưu lượng nước không xâm lấn

Phương pháp đo lưu lượng thời gian vận chuyển đề cập đến kỹ thuật xác định vận tốc nước trong đường ống bằng cách đo thời gian giữa hai đầu dò khi xung siêu âm chảy tiến và lùi. Mỗi đầu dò hoạt động như một máy phát và sau đó là máy thu. Đồng hồ đo lưu lượng thời gian vận chuyển chủ yếu dùng cho nước sạch, nước máy, nước ngầm, nước chữa cháy, v.v., không thích hợp cho nước bẩn hoặc nước thải hoặc nước thải.
Trong điều kiện nước lấp đầy đường ống và đứng yên, thời gian của xung siêu âm đến và đi từ đầu dò về mặt lý thuyết là như nhau. Vì trong chất lỏng tĩnh, tốc độ truyền âm siêu âm theo các hướng khác nhau là không đổi. Nếu nước chảy qua một đường ống, các xung siêu âm di chuyển nhanh hơn về phía hạ lưu so với ngược dòng và sự khác biệt về thời gian giữa hai lần tỷ lệ thuận với vận tốc của nước trong đường ống. Cả lưu lượng kế siêu âm đơn kênh và đa kênh đều có thể được sử dụng để đo tốc độ dòng nước, nhưng lưu lượng kế siêu âm đa kênh đo chính xác hơn vì nó thu được thông tin tốc độ dòng chảy từ các vị trí khác nhau trong hồ sơ nước, do đó gần với tình hình tốc độ dòng chảy thực tế hơn. Vận tốc dòng chảy được tính từ thời gian di chuyển trên một quãng đường cố định và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và thành phần chất lỏng của nước.
Đồng hồ đo lưu lượng nước siêu âm có độ chính xác rất cao trên dải lưu lượng rất rộng mà không gây tổn thất áp suất trong đường ống. Do không có bộ phận chuyển động nên đồng hồ đo lưu lượng siêu âm có hiệu suất rất ổn định như Đồng hồ đo lưu lượng không xâm nhập. Nhìn chung, đồng hồ đo lưu lượng nước không xâm lấn có những ưu điểm chính sau so với các loại lưu lượng kế khác: đồng hồ đo lưu lượng không có bộ phận chuyển động, đồng hồ đo lưu lượng không tiếp xúc , không mất áp suất; tỷ lệ quay đầu rộng; đo sáng hai chiều; không cần bảo dưỡng định kỳ; công việc hệ thống ống nước đơn giản cần thiết để cài đặt; ổn định và cuộc sống lâu dài.

Kẹp trên đồng hồ đo lưu lượng nước siêu âm

Lưu lượng kế siêu âm của phương pháp Doppler và phương pháp truyền thời gian có cài đặt kẹp; nó có thể được kẹp trên đồng hồ đo lưu lượng nước. Đồng hồ đo lưu lượng không xâm lấn không xuyên qua thành ống và đầu dò của chúng không tiếp xúc với nước. Lưu lượng kế không xâm nhập này có lợi thế trong việc đo chất lỏng ăn mòn, nhưng độ chính xác của nó thấp và không thể đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác cao. Lưu lượng kế dạng kẹp cần tuân thủ nghiêm ngặt các thao tác sau: vật liệu của đường ống cần đo phải phù hợp với việc truyền sóng âm; bề mặt lắp đặt phải sạch sẽ và sạch sẽ; đầu dò phải được ghép âm với bên ngoài đường ống (thường sử dụng mỡ hoặc epoxy); thành trong của ống cần đo không được có chất có khả năng hấp thụ sóng âm. Ví dụ, các nhà sản xuất đồng hồ đo lưu lượng cung cấp các cách khác nhau để cài đặt kẹp trên đồng hồ đo lưu lượng để định vị đầu dò. Một số nhà sản xuất gắn cụm đầu dò vào thành ngoài của đường ống bằng thanh ray căn chỉnh, dây đai, chuỗi liên kết hoặc giá treo bề mặt để gắn toàn bộ mô-đun vào đường ống. Tốc độ âm thanh mà sóng âm truyền đi được xác định bởi vật liệu mà sóng âm truyền qua và góc khúc xạ thu được rất khác nhau. Vì cả đường ống và nước đều có thể tạo ra các góc khúc xạ nên rất khó định vị chính xác đầu dò. Ngoài ra, định vị đầu dò hoạt động đối với một chất lỏng sẽ không hoạt động đối với các chất lỏng khác do thay đổi góc khúc xạ.
Khi hoàn tất định vị đầu dò chính xác, đầu dò phải được ghép âm với thành ống bên ngoài bằng mỡ hoặc epoxy. Bề mặt khớp nối gồ ghề có thể khiến đầu dò tách ra khỏi thành ống, ảnh hưởng đến quá trình truyền và nhận xung giữa các đầu dò. Đối với các ứng dụng chuyển quyền giám sát, đồng hồ đo lưu lượng siêu âm dạng kẹp không có độ chính xác và độ ổn định cần thiết.

Thông số kỹ thuật của đồng hồ đo lưu lượng nước không xâm lấn

• Đồng hồ đo lưu lượng nước không xâm lấn có thể được làm đồng hồ đo lưu lượng nước xâm lấn treo tường hoặc đồng hồ đo lưu lượng nước loại di động hoặc đồng hồ đo lưu lượng nước cầm tay;
• Lưu lượng nước tiến và lùi có thể được đo và ghi lại trên dữ liệu bằng đồng hồ đo lưu lượng không xâm nhập.
• Một loạt các giao thức truyền thông có sẵn bởi các máy phát đồng hồ đo lưu lượng không xâm lấn, chẳng hạn như 4-20mA, xung, rơle, RS485, Modbus. Đồng hồ đo lưu lượng có thể truyền dữ liệu tới PC hoặc đám mây thông qua giao thức để hiện thực hóa Internet of Things. Giao thức truyền thông phù hợp với các điều kiện môi trường khác nhau.
• Bộ truyền lưu lượng có bộ ghi dữ liệu tích hợp để lưu dữ liệu đo nước và dữ liệu có thể được xuất sang máy tính. Dữ liệu đường ống kiểm tra có thể được xuất trong quá trình kiểm tra bảo trì. Dữ liệu bao gồm thời gian, tốc độ dòng nước, tổng lưu lượng nước, lưu lượng nước tiến và lùi, và có thể đặt khoảng thời gian đo, phù hợp cho công việc giám sát lưu lượng nước của công việc kiểm tra đường ống.
• Các cách khác nhau để cài đặt đầu dò siêu âm dòng chảy không xâm lấn, chẳng hạn như liên kết chuỗi, đường ray căn chỉnh hoặc dây đeo. Đồng hồ đo lưu lượng không tiếp xúc có tổn thất áp suất bằng không.
• Đồng hồ đo lưu lượng nước không xâm lấn có kẹp trên đầu dò để không làm hỏng đường ống dẫn nước và sẽ không dẫn đến rò rỉ đường ống dẫn nước.
• Kích thước đường ống nước từ DN32 đến DN2000, kích thước yêu cầu thông thường là đồng hồ đo lưu lượng nước không xâm lấn 1 inch, cảm biến lưu lượng siêu âm 2”, 3” 4 inch, DN100,6 inch, kẹp 8 inch, 10”, 12 inch hoặc DN300 trên đồng hồ đo lưu lượng
• Phạm vi vận tốc nước: ±0,01m/s~±12,0m/s