Rivoluzionare la misura di portata: la storia dei misuratori di portata a ultrasuoni
Rivoluzionare la misura di portata: la storia dei misuratori di portata a ultrasuoni
Nell'ultimo decennio i misuratori di portata a ultrasuoni hanno subito una notevole trasformazione. Un tempo tecnologia di nicchia, oggi sono uno dei sistemi di misura di portata in più rapida crescita sul mercato.
I primi prototipi di questa tecnologia risalgono agli anni Sessanta. Fuji Electric è stata la prima a sviluppare misuratori di portata a ultrasuoni con il lancio del primo modello FLH nel 1975.
Sebbene siano disponibili sul mercato da diversi decenni, è solo di recente che i misuratori di portata a ultrasuoni sono stati ampiamente accettati.
I misuratori di portata a ultrasuoni stanno diventando sempre più popolari per una serie di motivi. I progressi nell'elaborazione del segnale hanno permesso di migliorare il filtraggio del rumore, con conseguente maggiore precisione ed efficienza nella misurazione della portata.
I miglioramenti nella tecnologia di elaborazione del segnale hanno consentito una migliore riduzione del rumore, aumentando l'accuratezza delle misure di portata. Questo miglioramento ha contribuito alla crescente popolarità dei misuratori di portata a ultrasuoni e alla loro diffusa adozione in vari settori industriali.
Rispetto ai misuratori di portata meccanici, quelli a ultrasuoni richiedono una manutenzione minima e sono molto più affidabili. I fornitori, come Fuji Electric, hanno anche sviluppato prodotti su misura per settori e applicazioni specifiche, tra cui la capacità di misurare non solo i liquidi, ma anche il vapore.
Questo sviluppo mirato del prodotto ha contribuito a rivoluzionare la misura di portata e ha reso i misuratori di portata a ultrasuoni una scelta sempre più popolare in molti settori e aziende in tutto il mondo.
Principi di base della misura di portata a ultrasuoni con pinza
Per comprendere appieno il misuratore di portata a ultrasuoni a pinza, è essenziale partire dai principi di base dei misuratori di portata a ultrasuoni.
Il termine "ultrasuoni" si riferisce alla frequenza delle onde sonore utilizzate da questi dispositivi, che sono superiori a 20 kHz e quindi non udibili dall'orecchio umano.
I flussimetri a ultrasuoni misurano il flusso utilizzando queste onde sonore ad alta frequenza, generate da trasduttori che utilizzano cristalli piezoelettrici per convertire i segnali elettrici in segnali sonori.
Esistono due categorie principali di misuratori di portata a ultrasuoni: i misuratori in linea e i misuratori non intrusivi a pinza.
La distinzione sta nel modo in cui i segnali delle onde sonore vengono trasmessi, ricevuti ed elaborati per misurare il flusso.
I misuratori di portata in linea sono caratterizzati da trasduttori a diretto contatto con il fluido di processo, solitamente montati su una bobina prefabbricata di lunghezza standard per garantire la corretta angolazione e la facilità di installazione.
I misuratori in linea hanno una storia più lunga e tendono ad offrire una maggiore accuratezza grazie all'assenza di degrado del segnale causato dalle pareti dei tubi, dalle incrostazioni e dalle incongruenze di installazione presenti nei misuratori a pinza.
Di conseguenza, i misuratori di portata a ultrasuoni in linea sono spesso la scelta preferita per le applicazioni transazionali. Il trasferimento transazionale, noto anche come misurazione fiscale, riguarda le applicazioni di misurazione del flusso in cui la proprietà del fluido misurato viene trasferita da una parte all'altra (fatturazione).
Sebbene queste applicazioni rappresentino solo una piccola parte di tutti gli scenari di misura di portata a ultrasuoni, svolgono un ruolo fondamentale.
A differenza dei misuratori in linea, i misuratori a pinza non intrusivi sono fissati all'esterno del tubo, senza entrare in contatto diretto con il fluido di processo.
Questi misuratori di portata a ultrasuoni a pinza hanno subito notevoli progressi tecnologici, che li rendono il tipo di misuratore in più rapida crescita. Inoltre, i flussimetri a ultrasuoni offrono vantaggi esclusivi che contribuiscono alla loro crescente popolarità.
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Esplorazione dei diversi tipi di misuratori di portata a ultrasuoni a pinza
Sebbene tutti i misuratori di portata a ultrasuoni utilizzino segnali di onde sonore, non funzionano allo stesso modo.
Tempo di transito vs. flussimetro Doppler a ultrasuoni
Esistono due tipi principali di flussimetri a ultrasuoni clamp-on: i flussimetri a tempo di transito e i flussimetri Doppler, che si differenziano per il modo in cui trasmettono, ricevono ed elaborano i segnali delle onde sonore.
I flussimetri a tempo di transito utilizzano una coppia di trasduttori che agiscono sia come trasmettitori che come ricevitori di segnali di onde sonore. La velocità delle onde sonore in un fluido è maggiore quando viaggia a valle e minore quando viaggia a monte.
Misurando la differenza di tempo tra questi scenari, il misuratore può calcolare la velocità del fluido e, di conseguenza, la portata volumetrica. In combinazione con la densità nota del fluido, è possibile determinare anche la portata massica.
I flussimetri a ultrasuoni a tempo di transito sono più versatili e sono in grado di misurare liquidi e vapore, ma in genere funzionano solo con un tipo di fluido alla volta. Richiedono liquidi con una minima presenza di particelle solide o bolle intrappolate per evitare interferenze con il segnale dell'onda sonora.
I flussimetri Doppler, invece, misurano lo spostamento di frequenza del segnale sonoro, che è proporzionale alla velocità del fluido.
Questi flussimetri si basano sulla presenza di particelle solide o bolle d'aria nel flusso per deviare i segnali delle onde sonore al flussimetro.
Di conseguenza, i misuratori Doppler sono limitati ai liquidi contenenti particelle solide o bolle d'aria, come i liquidi sporchi o aerati e i liquami.
Misuratore di portata di energia termica a ultrasuoni
I misuratori di energia termica, noti anche come misuratori di BTU, misurano l'energia nei sistemi di riscaldamento e raffreddamento idronici utilizzando sensori di flusso volumetrico, sensori di temperatura e un calcolatore di flusso. Con la crescente importanza delle normative ambientali e degli incentivi finanziari, lamisurazione dell'energia termica sta diventando sempre più essenziale per ottimizzare i sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria nei sistemi di teleriscaldamento e negli impianti commerciali.
I misuratori di energia termica a ultrasuoni a morsetto sono ideali per il retrofit di vecchi sistemi, in quanto eliminano la necessità di modifiche costose e lunghe alle tubature.
Affinché i misuratori di tempo di transito a ultrasuoni funzionino con precisione, è essenziale che il liquido contenga un minimo di particelle solide o bolle d'aria. Queste possono interferire con il segnale dell'onda sonora e compromettere l'accuratezza della misura.
La versatilità dei misuratori di portata portatili
Finora ci siamo concentrati sui misuratori di portata a morsetto a montaggio fisso, che vengono installati in un'unica posizione, spesso con la scatola elettronica montata su una parete o su un tubo.
Tuttavia, il design del trasduttore clamp-on si presta in modo eccezionale a soluzioni di misura di portata portatili. Combinando i trasduttori clamp-on con l'elettronica portatile, è possibile sviluppare misuratori di portata a ultrasuoni portatili.
Questi dispositivi portatili sono generalmente dotati di elettronica portatile, trasduttori, fissaggi e tutti gli accessori necessari in una custodia compatta.
I flussimetri portatili offrono applicazioni uniche che i flussimetri a montaggio fisso non possono offrire, come controlli a campione, verifica dell'accuratezza di altri flussimetri e sostituzione temporanea di flussimetri a montaggio fisso.
La misurazione a campione consiste nell'effettuare misurazioni temporanee della portata in assenza di un contatore fisso, spesso nell'ambito di indagini sulla portata dell'intero sistema. Questi studi aiutano gli utenti a comprendere i flussi in tutto il sistema, a stabilire flussi di riferimento e a identificare perdite o blocchi.
I misuratori portatili possono essere utilizzati anche per verificare l'accuratezza di un altro misuratore di portata, in particolare se mostra letture insolite o irregolari. In questo modo è possibile determinare se il problema riguarda il processo o il misuratore stesso.
In alcuni casi, gli impianti di trattamento richiedono la calibrazione periodica della strumentazione, che può comportare la rimozione del misuratore di portata per la calibrazione presso una struttura accreditata. Durante questo periodo, è possibile utilizzare un flussimetro portatile come sostituto temporaneo fino alla reinstallazione del misuratore fisso.
Utilizzando misuratori di portata a ultrasuoni non intrusivi, sia fissi che portatili, gli operatori possono massimizzare la visibilità del processo riducendo al minimo i costi delle apparecchiature.
Una strategia comune è quella di utilizzare misuratori fissi per le misurazioni critiche e misuratori portatili per le misurazioni temporanee, per coprire tutti i potenziali punti ciechi. Inoltre, Fuji Electric offre programmi di noleggio di misuratori di portata a ultrasuoni portatili per esigenze temporanee.
Molti professionisti del settore utilizzano una combinazione di misuratori di portata a ultrasuoni clamp-on fissi e portatili per ottimizzare il controllo dei processi e mantenere il ritorno sugli investimenti.
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Misuratore di portata di vapore non invasivo: il futuro è qui
Negli ultimi tempi, i progressi nella visualizzazione dell'elettricità per ottenere risparmi energetici hanno accelerato la riduzione delle emissioni di gas serra.
Tuttavia, gli sforzi per risparmiare energia nell'uso del vapore sono rimasti indietro a causa della difficoltà di visualizzare le perdite di vapore.
Per risolvere questo problema, era necessario disporre di un misuratore di portata a ultrasuoni per il vapore in grado diidentificare le perdite di vapore senza tagliare le tubature.
Mentre i misuratori di portata a pinza sono stati utilizzati per misurare i liquidi, è stato difficile sviluppare prodotti per il vapore a causa del suo coefficiente di trasmissione ultrasonica estremamente basso dai tubi.
Grazie alle tecnologie di riduzione del rumore, all'uso delle onde di Lamb, note anche come onde ultrasoniche, e all'elaborazione avanzata del segnale, Fuji Electric ha lanciato con successo nel 2019 il primo misuratore di portata al mondo in grado di misurare il vapore saturo a bassa pressione.
Il misuratore di portata del vapore a ultrasuoni Fuji Electric FSJ utilizza sensori di temperatura o pressione per misurare l'energia termica nelle applicazioni con vapore saturo. Con un'ampia gamma di opzioni di comunicazione, i misuratori di portata della serie FSJ consentono una facile integrazione nei sistemi di automazione degli edifici.
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Vantaggi e svantaggi della misura di portata a ultrasuoni clamp-on
Sebbene la tecnologia dei misuratori di portata a ultrasuoni clamp-on offra molti vantaggi, è essenziale considerare l'applicazione per determinare se è adatta.
Come ogni altra tecnologia di misura della portata, i misuratori di portata a ultrasuoni a pinza presentano una serie unica di vantaggi e svantaggi.
I principali vantaggi della misura di portata a ultrasuoni con pinza sono i seguenti:
Installazione non invasiva che non richiede alcuna modifica alle tubature.
Non ci sono parti in movimento, e questo elimina la necessità di manutenzione.
Nessuna parte a contatto con il prodotto, per evitare problemi di compatibilità chimica.
Nessuna deriva della misura, eliminando la necessità di ricalibrazione.
Perdita di pressione zero.
Rapporto di riduzione relativamente alto.
In grado di misurare liquidi, gas e vapore (modelli con tempo di transito).
Misura di portata bidirezionale, che fornisce dati a monte e a valle.
Facile da installare, smontare e trasportare in luoghi diversi (modelli portatili).
Applicabile a tubi di diverse dimensioni, materiali e fluidi di processo con un unico misuratore.
Misura dell'energia (BTU) fornita dai modelli di energia termica.
I principali svantaggi della misura di portata a ultrasuoni con una pinza sono i seguenti:
Impatto negativo sull'accuratezza della misura a causa di incrostazioni, depositi e incrostazioni dei tubi.
Accuratezza inferiore rispetto ai flussimetri a ultrasuoni in linea e ad altre tecnologie di misura della portata.
Impossibile utilizzare liquidi contenenti particelle solide o aria intrappolata (modelli di tempo di transito).
Applicabilità limitata ai liquidi contenenti particelle solide o aria intrappolata (modelli Doppler).
Potenziali problemi con tubi con rivestimenti esterni o interni.
Per funzionare correttamente, i tubi devono essere pieni di liquido.
Per un funzionamento ottimale, i tratti rettilinei di tubo a monte e a valle devono essere liberi da ostacoli.
Sfruttare i vantaggi dei misuratori di portata a ultrasuoni a pinza
L'adozione della misura di portata a ultrasuoni clamp-on è destinata ad espandersi, poiché i vantaggi superano i limiti per una gamma crescente di applicazioni di misura di portata. Sebbene questa tecnologia sia attualmente diffusa in alcuni settori, è destinata ad espandersi in altri.
I misuratori di portata a ultrasuoni a pinza offrono molti vantaggi agli operatori di processo che desiderano misurare il flusso di liquidi e vapori in un'ampia varietà di dimensioni e materiali dei tubi.
L'installazione non invasiva elimina la necessità di costose modifiche alle tubazioni o di una regolare manutenzione, fornendo al contempo letture accurate senza derive di misura nel tempo.
Inoltre, i misuratori di portata a ultrasuoni portatili offrono applicazioni uniche che i misuratori a montaggio fisso non possono offrire, come l'ispezione in loco e la verifica dell'accuratezza di un altro misuratore di portata.
Grazie alla loro versatilità e al risparmio sui costi, è facile capire perché molti professionisti del settore utilizzino sia i flussimetri a ultrasuoni a montaggio fisso che quelli portatili a morsetto per ottimizzare i loro processi.
Quando si tratta diottimizzare la visibilità dei processi e ridurre i costi, i flussimetri a ultrasuoni clamp-on offrono una serie di vantaggi unici.
Con un'installazione non intrusiva che non richiede modifiche alle tubature o manutenzione, questi dispositivi sono molto versatili in applicazioni quali sistemi di energia distrettuale, impianti industriali, produzione farmaceutica, impianti di trattamento delle acque, attività petrolifere e di gas, lavorazione degli alimenti, produzione chimica, sistemi HVAC e controlli a campione per studi di flusso.
I modelli di misuratori di portata portatili saranno probabilmente il punto di ingresso per molti utenti, data la mancanza di altre opzioni di misura di portata portatili commercialmente valide.
In definitiva, la scelta di qualsiasi strumento di processo, compresi i flussimetri, dipende dai requisiti specifici dell'applicazione e dalla determinazione della tecnologia più appropriata per soddisfare tali esigenze.
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