Perché un flussometro a ultrasuoni presenta una deriva del punto zero?

Per un misuratore di portata a ultrasuoni,deriva del punto zeroSi riferisce a una situazione in cui il contatore indica una portata ridotta anche quando la tubazione dovrebbe essere a flusso zero.

Questo fenomeno è particolarmente importante permisuratori di portata a ultrasuoni a tempo di transito, poiché la portata viene calcolata dalla differenza tra i tempi di transito degli ultrasuoni a monte e a valle. In una condizione ideale di flusso nullo, i due tempi di transito dovrebbero essere sostanzialmente uguali. In pratica, tuttavia, possono verificarsi piccole differenze dovute alle condizioni di installazione, alle caratteristiche del fluido, alle vibrazioni della tubazione, alla qualità del segnale e agli errori di misurazione elettronica.

1. Il flusso nel tubo potrebbe non essere effettivamente nullo.

La prima cosa da verificare è se il flusso nella tubazione è effettivamente nullo.

Potrebbe ancora sussistere un piccolo flusso a causa di:

• Perdita della valvola
• Differenze di pressione tra due sezioni del sistema
• Circolazione naturale
• Convezione termica negli impianti di acqua calda
• Flusso di bypass
• Circolazione indotta dalla pompa
• Flusso residuo dopo l'arresto della pompa

Ad esempio, un flussometro può visualizzare0,05 m/sdopo lo spegnimento della pompa. Ciò non significa necessariamente che il flussometro abbia un problema di punto zero. Potrebbe esserci ancora una piccola quantità di liquido che si muove attraverso il tubo.

Perciò,La calibrazione del punto zero deve essere eseguita solo dopo aver verificato che il tubo sia completamente immobile e completamente riempito di liquido.

2. Installazione impropria del trasduttore

Nei misuratori di portata a ultrasuoni a pinza, l'installazione del trasduttore ha un'influenza significativa sulla stabilità della misurazione.

I problemi possono verificarsi se:

• I trasduttori non sono allineati correttamente.
• La spaziatura tra i trasduttori non è corretta.
• I due trasduttori presentano condizioni di accoppiamento differenti.
• I trasduttori sono montati con un'angolazione errata.
• La superficie di montaggio è contaminata o irregolare.
• La modalità di installazione selezionata non corrisponde alle effettive condizioni della tubazione.

Questi problemi possono far sì che i segnali acustici a monte e a valle si comportino in modo diverso.

Di conseguenza, il flussometro potrebbe rilevare una piccola differenza apparente nel tempo di transito anche in assenza di flusso effettivo.

3. Le vibrazioni del tubo possono causare un segnale di flusso apparente

Le vibrazioni meccaniche rappresentano un'altra possibile causa di instabilità dello zero.

Se il flussometro è installato vicino a:

• Pompe
• Compressori
• Motori di grandi dimensioni
• Valvole
• Altre apparecchiature vibranti

La vibrazione può influire sull'accoppiamento tra il trasduttore e la parete del tubo.

Può inoltre introdurre rumore nel segnale ultrasonico ricevuto.

Il sintomo tipico è che la portata visualizzata non rimane stabile a zero, ma fluttua intorno allo zero, ad esempio:

0 → 0,03 → -0,02 → 0,05 → 0 m/s

In questa situazione, la regolazione ripetuta del punto zero potrebbe non risolvere il problema di fondo. È necessario innanzitutto esaminare l'ambiente di installazione.

4. Le bolle d'aria possono influenzare il segnale ultrasonico

Le bolle d'aria sono una delle cause più comuni di misurazioni a ultrasuoni instabili.

Poiché le proprietà acustiche dei gas e dei liquidi sono molto diverse, le bolle possono disperdere e attenuare il segnale ultrasonico mentre si propaga attraverso il tubo.

Ciò potrebbe comportare:

• Riduzione dell'intensità del segnale
• Qualità del segnale instabile
• Rilevamento errato del tempo di transito
• Letture intermittenti del flusso
• Letture del punto zero fluttuanti

Ecco perché il tubo dovrebbe idealmente esserecompletamente riempito di liquidoe i trasduttori non devono essere installati in luoghi dove l'aria tende ad accumularsi.

5. Variazioni della temperatura del fluido

Anche le variazioni di temperatura possono influenzare la stabilità del punto zero.

Le variazioni di temperatura alterano le proprietà del liquido:

• Velocità del suono
• Densità
• Viscosità

Allo stesso tempo, la dilatazione termica può modificare leggermente le dimensioni del tubo e il percorso acustico.

Sebbene il metodo del tempo di transito si basi principalmente sulla differenza tra i tempi di percorrenza a monte e a valle piuttosto che sulla velocità assoluta del suono, variazioni significative delle condizioni operative possono comunque influenzare la qualità del segnale e la stabilità della misurazione.

Ciò è particolarmente rilevante nelle applicazioni che coinvolgono acqua calda, acqua di raffreddamento e altri liquidi con ampie variazioni di temperatura.

6. Errori elettronici e di elaborazione del segnale

La differenza di tempo di transito misurata da un flussimetro a ultrasuoni può essere estremamente piccola, soprattutto a basse velocità di flusso.

Pertanto, il sistema di misurazione deve determinare con precisione differenze minime nel tempo di transito degli ultrasuoni.

Fattori quali:

• rumore elettronico
• Stabilità dell'orologio
• Rilevamento del segnale
• Effetti della temperatura sui componenti elettronici
• Algoritmi di elaborazione del segnale
• Stabilità del circuito del trasmettitore

può influenzare la misurazione in prossimità del punto di flusso zero.

Questo è uno dei motivi per cui le prestazioni di un misuratore di portata a ultrasuoni dipendono non solo dai suoi trasduttori, ma anche dalla qualità del suosistema di elaborazione del segnale e misurazione del tempo.

7. Perché la calibrazione a zero non è sempre la soluzione giusta

Un errore comune è quello di eseguire immediatamente una calibrazione a zero ogni volta che il flussometro indica un flusso ridotto in condizioni di flusso nullo.

Supponiamo che il flusso effettivo sia zero, ma il contatore visualizzi costantemente:

+0,08 m/s

Una calibrazione a zero può ridurre con successo il valore visualizzato a circa zero.

Tuttavia, se la vera causa è dovuta a bolle d'aria, vibrazioni, disallineamento del trasduttore o perdite della valvola, l'errore potrebbe non essere costante.

Ad esempio, la lettura può variare da:

+0,08 m/s → -0,03 m/s → +0,05 m/s

In questo caso, la calibrazione a zero non può eliminare il problema di fondo.

Una sequenza di risoluzione dei problemi migliore è la seguente:

Confermare il flusso zero → Controllare le condizioni del tubo → Controllare l'installazione del trasduttore → Controllare l'intensità del segnale → Controllare la presenza di bolle d'aria e vibrazioni → Controllare le condizioni di temperatura → Eseguire la calibrazione dello zero se necessario

8. Come distinguere i diversi tipi di problemi di punto zero

La deriva del punto zero in un misuratore di portata a ultrasuoni ènon necessariamente causato dal punto zero elettronico stesso.

In molte applicazioni del mondo reale, ciò che sembra essere la deriva del punto zero è in realtà il risultato di una combinazione diflusso minimo effettivo, installazione del trasduttore, vibrazioni del tubo, bolle d'aria, variazioni di temperatura, qualità del segnale e stabilità della misurazione elettronica.

Pertanto, l'approccio corretto non è semplicemente quello di regolare il punto zero. L'ingegnere dovrebbe prima identificare se il problema ha origine datubo, fluido, installazione, segnale acustico o elettronica.

Per i flussimetri a ultrasuoni a pinza, verificaIntensità del segnale, stabilità del segnale, spaziatura dei trasduttori, condizioni del tubo e qualità dell'accoppiamentoè particolarmente importante prima di eseguire la calibrazione dello zero.