מדוע מד זרימה אולטרסאונד חווה סחיפה בנקודת אפס?

עבור מד זרימה אולטרסאונד,סחף נקודת אפסמתייחס למצב שבו המונה מצביע על קצב זרימה קטן גם כאשר הצינור אמור להיות בקצב זרימה אפס.

תופעה זו חשובה במיוחד עבורמדי זרימה אולטרסאונד בזמן מעבר, מכיוון שקצב הזרימה מחושב מההפרש בין זמני המעבר האולטרסוני במעלה הזרם ובמורד הזרם. במצב אידיאלי של זרימה אפסית, שני זמני המעבר צריכים להיות שווים באופן מהותי. בפועל, עם זאת, יכולים להתרחש הבדלים קטנים עקב תנאי התקנה, תנאי נוזל, רעידות צינור, איכות אות ושגיאות מדידה אלקטרוניות.

1. ייתכן שהצינור אינו באמת בזרימה אפסית

הדבר הראשון שיש לבדוק הוא האם הצינור באמת במצב זרימה אפס.

ייתכן שעדיין קיימת זרימה קטנה בגלל:

• דליפת שסתום
• הפרשי לחצים בין שני חלקי המערכת
• מחזור הדם הטבעי
• הסעה תרמית במערכות מים חמים
• זרימת עוקף
• סירקולציה מושרה על ידי משאבה
• זרימה שיורית לאחר עצירת המשאבה

לדוגמה, מד זרימה עשוי להציג0.05 מטר/שנייהלאחר כיבוי המשאבה. אין זה אומר בהכרח שיש בעיית נקודת אפס במד הזרימה. ייתכן שעדיין תישאר כמות קטנה של נוזל זורמת דרך הצינור.

לָכֵן,יש לבצע כיול נקודת אפס רק לאחר אישור שהצינור נייח לחלוטין ומלא במלואו בנוזל.

2. התקנה לא נכונה של מתמר

עבור מדי זרימה אולטרסאונד עם clamp-on, להתקנת המתמר יש השפעה משמעותית על יציבות המדידה.

בעיות עלולות להתרחש אם:

• המתמרים אינם מיושרים כראוי.
• מרווח המתמר שגוי.
• לשני המתמרים תנאי צימוד שונים.
• המתמרים מותקנים בזווית לא נכונה.
• משטח ההרכבה מזוהם או לא אחיד.
• מצב ההתקנה שנבחר אינו תואם את תנאי הצינור בפועל.

בעיות אלו עלולות לגרום לאותות האקוסטיים במעלה ובמורד הזרם להתנהג בצורה שונה.

כתוצאה מכך, מד הזרימה עשוי לזהות הפרש קטן לכאורה בזמן המעבר גם כאשר אין זרימה בפועל.

3. רעידות בצנרת עלולות לגרום לאות זרימה לכאורה

רעידות מכניות הן סיבה אפשרית נוספת לאפס יציבות.

אם מד הזרימה מותקן בקרבת:

• משאבות
• מדחסים
• מנועים גדולים
• שסתומים
• ציוד רוטט אחר

הרטט עלול להשפיע על החיבור בין המתמר לדופן הצינור.

זה יכול גם להכניס רעש לאות האולטרסאונד המתקבל.

התסמין האופייני הוא שקצב הזרימה המוצג אינו נשאר יציב על אפס, אלא נע סביב האפס, לדוגמה:

0 → 0.03 → -0.02 → 0.05 → 0 מטר/שנייה

במצב זה, כוונון חוזר ונשנה של נקודת האפס עלול לא לפתור את הבעיה הבסיסית. יש לבדוק תחילה את סביבת ההתקנה.

4. בועות אוויר יכולות להשפיע על אות האולטרסאונד

בועות אוויר הן אחת הסיבות הנפוצות ביותר למדידות אולטרסאונד לא יציבות.

מכיוון שהתכונות האקוסטיות של גז ונוזל שונות מאוד, בועות יכולות להתפזר ולהחליש את האות האולטרסוני כשהוא עובר דרך הצינור.

זה עלול לגרום ל:

• עוצמת אות מופחתת
• איכות אות לא יציבה
• זיהוי שגוי של זמן מעבר
• קריאות זרימה לסירוגין
• קריאות נקודת אפס משתנות

זו הסיבה שהצינור צריך להיות באופן אידיאלימלא לחלוטין בנוזל, ואין להתקין את המתמרים במקומות שבהם אוויר נוטה להצטבר.

5. שינויים בטמפרטורת הנוזל

שינויי טמפרטורה יכולים גם להשפיע על יציבות נקודת האפס.

שינויים בטמפרטורה משנים את הנוזל:

• מהירות הקול
• צְפִיפוּת
• צְמִיגוּת

במקביל, התפשטות תרמית יכולה לשנות מעט את מידות הצינור ואת הנתיב האקוסטי.

למרות ששיטת זמן המעבר מסתמכת במידה רבה על ההפרש בין זמני התנועה במעלה הזרם ובמורד הזרם ולא על מהירות הקול המוחלטת, שינויים משמעותיים בתנאי ההפעלה עדיין יכולים להשפיע על איכות האות ויציבות המדידה.

זה רלוונטי במיוחד ביישומים הכוללים מים חמים, מי קירור ונוזלים אחרים עם שינויי טמפרטורה גדולים.

6. שגיאות אלקטרוניות ועיבוד אותות

הפרש זמן המעבר הנמדד על ידי מד זרימה אולטרסאונד יכול להיות קטן ביותר, במיוחד במהירויות זרימה נמוכות.

לכן, מערכת המדידה חייבת לקבוע במדויק הבדלים קטנים מאוד בזמן המעבר האולטרסאונד.

גורמים כגון:

• רעש אלקטרוני
• יציבות שעון
• זיהוי אותות
• השפעות טמפרטורה על רכיבים אלקטרוניים
• אלגוריתמים לעיבוד אותות
• יציבות מעגל המשדר

יכול להשפיע על המדידה ליד נקודת הזרימה האפסית.

זוהי אחת הסיבות לכך שביצועיו של מד זרימה אולטרסאונד תלויים לא רק במתמרים שלו, אלא גם באיכות שלו.מערכת עיבוד אותות ומדידת זמן.

7. מדוע כיול אפס אינו תמיד הפתרון הנכון

טעות נפוצה היא לבצע כיול אפס באופן מיידי בכל פעם שמד הזרימה מציג זרימה קטנה בתנאי זרימה אפס.

נניח שהזרימה בפועל היא אפס, אך המונה מציג באופן עקבי:

+0.08 מטר/שנייה

כיול אפס עשוי להפחית בהצלחה את הערך המוצג לכמעט אפס.

עם זאת, אם הסיבה האמיתית היא בועות אוויר, רעידות, חוסר יישור מתמר או דליפה של שסתום, ייתכן שהשגיאה לא תהיה קבועה.

לדוגמה, הקריאה עשויה להשתנות מ:

0.08 מטר/שנייה + → 0.03 מטר/שנייה - → 0.05 מטר/שנייה +

במקרה זה, כיול אפס אינו יכול לבטל את הבעיה הבסיסית.

רצף פתרון בעיות טוב יותר הוא:

אישור זרימה אפסית ← בדיקת מצב הצינור ← בדיקת התקנת המתמר ← בדיקת עוצמת האות ← בדיקת בועות אוויר ורעידות ← בדיקת תנאי טמפרטורה ← ביצוע כיול אפס במידת הצורך

8. כיצד להבחין בין סוגים שונים של בעיות נקודת אפס

סחף נקודת אפס במד זרימה אולטרסאונד הואלא בהכרח נגרם על ידי נקודת האפס האלקטרונית עצמה.

ביישומים רבים בעולם האמיתי, מה שנראה כסחיפה של נקודת אפס הוא למעשה תוצאה של שילוב שלזרימה נמוכה בפועל, התקנת מתמר, רעידות צינור, בועות אוויר, שינויי טמפרטורה, איכות אות ויציבות מדידה אלקטרונית.

לכן, הגישה הנכונה אינה פשוט כיוון נקודת האפס. על המהנדס לזהות תחילה האם הבעיה נובעת מה...צינור, נוזל, התקנה, אות אקוסטי או אלקטרוניקה.

עבור מדי זרימה אולטרסאונד עם clamp-on, בדיקהעוצמת אות, יציבות אות, מרווח מתמרים, מצב צינורות ואיכות צימודחשוב במיוחד לפני ביצוע כיול אפס.