Miksi ultraäänivirtausmittarissa esiintyy nollapisteen ajautumista?

Ultraäänivirtausmittaria vartennollapisteen ajautuminenviittaa tilanteeseen, jossa mittari näyttää pientä virtausnopeutta, vaikka putken oletetaan olevan nollavirtauksessa.

Tämä ilmiö on erityisen tärkeäultraäänivirtausmittarit läpimenoaikaan, koska virtausnopeus lasketaan ultraäänen ylä- ja alavirran läpimenoaikojen erotuksesta. Ihanteellisessa nollavirtaustilanteessa näiden kahden läpimenoajan tulisi olla olennaisesti samat. Käytännössä pieniä eroja voi kuitenkin esiintyä asennusolosuhteiden, nesteolosuhteiden, putken värähtelyn, signaalin laadun ja elektronisten mittausvirheiden vuoksi.

1. Putki ei välttämättä ole nollavirtauksessa

Ensimmäinen asia on tarkistaa, onko putkessa todella nollavirtausta.

Pieni virtaus voi silti olla olemassa seuraavista syistä:

• Venttiilin vuoto
• Järjestelmän kahden osan väliset paine-erot
• Luonnollinen kierto
• Lämpökonvektio lämminvesijärjestelmissä
• Ohitusvirtaus
• Pumpun aiheuttama kierto
• Jäännösvirtaus pumpun pysähtymisen jälkeen

Virtausmittari voi näyttää esimerkiksi0,05 m/spumpun sammuttamisen jälkeen. Tämä ei välttämättä tarkoita, että virtausmittarissa on nollapisteongelma. Putkessa voi edelleen liikkua pieni määrä nestettä.

SiksiNollapisteen kalibrointi tulisi suorittaa vasta sen jälkeen, kun on vahvistettu, että putki on täysin paikallaan ja täynnä nestettä.

2. Virheellinen anturin asennus

Puristinkiinnitteisissä ultraäänivirtausmittareissa anturin asennuksella on merkittävä vaikutus mittausvakauteen.

Ongelmia voi ilmetä, jos:

• Muuntimet eivät ole oikein kohdistettuja.
• Anturin väli on väärä.
• Näillä kahdella muuntimella on erilaiset kytkentäehdot.
• Anturit on asennettu väärään kulmaan.
• Asennuspinta on likainen tai epätasainen.
• Valittu asennustapa ei vastaa todellisia putkiolosuhteita.

Nämä ongelmat voivat aiheuttaa sen, että ylä- ja alavirran akustiset signaalit käyttäytyvät eri tavalla.

Tämän seurauksena virtausmittari saattaa havaita pienen näennäisen läpikulkuaikaeron, vaikka todellista virtausta ei olisikaan.

3. Putken värähtely voi aiheuttaa näennäisen virtaussignaalin

Mekaaninen värähtely on toinen mahdollinen syy nollan epävakauteen.

Jos virtausmittari on asennettu lähelle:

• Pumput
• Kompressorit
• Suuret moottorit
• Venttiilit
• Muut tärylaitteet

Tärinä voi vaikuttaa anturin ja putken seinämän väliseen kytkentään.

Se voi myös lisätä kohinaa vastaanotettuun ultraäänisignaaliin.

Tyypillinen oire on, että näytetty virtausnopeus ei pysy vakaasti nollassa, vaan vaihtelee nollan ympärillä, esimerkiksi:

0 → 0,03 → -0,02 → 0,05 → 0 m/s

Tässä tilanteessa nollapisteen toistuva säätäminen ei välttämättä ratkaise taustalla olevaa ongelmaa. Asennusympäristö on tutkittava ensin.

4. Ilmakuplat voivat vaikuttaa ultraäänisignaaliin

Ilmakuplat ovat yksi yleisimmistä epävakaiden ultraäänimittausten syistä.

Koska kaasun ja nesteen akustiset ominaisuudet ovat hyvin erilaiset, kuplat voivat sirottaa ja vaimentaa ultraäänisignaalia sen kulkiessa putken läpi.

Tämä voi johtaa seuraaviin:

• Heikentynyt signaalin voimakkuus
• Epävakaa signaalin laatu
• Virheellinen siirtoajan tunnistus
• Jaksottaiset virtauslukemat
• Vaihtelevat nollapistelukemat

Siksi putken tulisi mieluiten ollakokonaan nesteellä täytetty, eikä antureita tule asentaa paikkoihin, joihin ilmalla on taipumus kertyä.

5. Nesteen lämpötilan muutokset

Lämpötilan muutokset voivat myös vaikuttaa nollapisteen vakauteen.

Lämpötilan muutokset muuttavat nesteen ominaisuuksia:

• Äänen nopeus
• Tiheys
• Viskositeetti

Samalla lämpölaajeneminen voi muuttaa hieman putken ja akustisen reitin mittoja.

Vaikka läpimenoaikamenetelmä perustuu suurelta osin ylävirran ja alavirran kulkuaikojen eroon eikä absoluuttiseen äänennopeuteen, merkittävät muutokset käyttöolosuhteissa voivat silti vaikuttaa signaalin laatuun ja mittausvakauteen.

Tämä on erityisen tärkeää sovelluksissa, joissa käytetään kuumaa vettä, jäähdytysvettä ja muita nesteitä, joiden lämpötila vaihtelee suuresti.

6. Elektroniset ja signaalinkäsittelyvirheet

Ultraäänivirtausmittarilla mitattu läpikulkuaikaero voi olla erittäin pieni, erityisesti pienillä virtausnopeuksilla.

Siksi mittausjärjestelmän on määritettävä tarkasti hyvin pienetkin erot ultraäänen läpimenoajassa.

Tekijät, kuten:

• Elektroninen kohina
• Kellon vakaus
• Signaalin havaitseminen
• Lämpötilan vaikutukset elektronisiin komponentteihin
• Signaalinkäsittelyalgoritmit
• Lähettimen piirin vakaus

voi vaikuttaa mittaukseen lähellä nollavirtauspistettä.

Tämä on yksi syy siihen, miksi ultraäänivirtausmittarin suorituskyky ei riipu pelkästään sen antureista, vaan myös sen laadusta.signaalinkäsittely- ja ajanmittausjärjestelmä.

7. Miksi nollakalibrointi ei ole aina oikea ratkaisu

Yleinen virhe on suorittaa nollapisteen kalibrointi välittömästi aina, kun virtausmittari näyttää pienen virtauksen nollavirtausolosuhteissa.

Oletetaan, että todellinen virtaus on nolla, mutta mittari näyttää jatkuvasti:

+0,08 m/s

Nollapisteen kalibrointi voi onnistuneesti pienentää näytetyn arvon suunnilleen nollaan.

Jos todellinen syy on kuitenkin ilmakuplat, tärinä, anturin virheellinen kohdistus tai venttiilivuoto, virhe ei välttämättä ole jatkuva.

Lukema voi esimerkiksi muuttua:

+0,08 m/s → -0,03 m/s → +0,05 m/s

Tässä tapauksessa nollakalibrointi ei voi poistaa taustalla olevaa ongelmaa.

Parempi vianmääritysjärjestys on:

Vahvista nollavirtaus → Tarkista putken kunto → Tarkista anturin asennus → Tarkista signaalin voimakkuus → Tarkista ilmakuplat ja tärinä → Tarkista lämpötilaolosuhteet → Suorita nollakalibrointi tarvittaessa

8. Erilaisten nollapisteongelmien erottaminen toisistaan

Ultraäänivirtausmittarin nollapisteen ajautuminen onei välttämättä johdu itse elektronisesta nollapisteestä.

Monissa tosielämän sovelluksissa se, mikä näyttää nollapisteen ajautumiselta, on itse asiassa seurausta useiden tekijöiden yhdistelmästätodellinen pieni virtaus, anturin asennus, putken värähtely, ilmakuplat, lämpötilan muutokset, signaalin laatu ja elektroninen mittausvakaus.

Siksi oikea lähestymistapa ei ole pelkkä nollapisteen säätäminen. Insinöörin tulisi ensin tunnistaa, onko ongelma peräisinputki, neste, asennus, äänimerkki tai elektroniikka.

Puristinkiinnitteisten ultraäänivirtausmittareiden tarkistusSignaalin voimakkuus, signaalin vakaus, anturin väli, putken kunto ja kytkentälaatuon erityisen tärkeää ennen nollapisteen kalibrointia.