Длянакладной ультразвуковой расходомер с измерением времени прохождения сигналаСила сигнала является одним из наиболее полезных диагностических параметров. Однако существует распространенное заблуждение:

Высокая мощность сигнала не обязательно означает высокую точность измерения, а низкая мощность сигнала не обязательно означает неисправность расходомера.

Мощность сигнала в основном показывает, насколько эффективно ультразвуковой сигнал распространяется по трубе и жидкости и насколько хорошо он принимается противоположным преобразователем.

1. Что такое уровень сигнала?

Проще говоря,Уровень сигнала указывает на мощность ультразвукового сигнала, принимаемого расходомером..

Для ультразвукового расходомера, устанавливаемого на накладку, акустический путь приблизительно следующий:

Преобразователь → Стенка трубы → Футеровка → Жидкость → Футеровка → Стенка трубы → Преобразователь

Передатчик генерирует ультразвуковой сигнал, который распространяется через стенку трубы и жидкость, прежде чем достичь приемного преобразователя.

Если акустическая энергия передается с относительно небольшими потерями, принимаемый сигнал будет сильнее. Если же сигнал подвергается значительному затуханию, отражению или рассеянию, принимаемый сигнал ослабнет.

2. Какие факторы влияют на уровень сигнала?

На принимаемый ультразвуковой сигнал могут существенно влиять несколько факторов.

2.1 Материал трубы

Различные материалы, из которых изготовлены трубы, обладают разными акустическими свойствами.

К распространённым примерам относятся:

• Углеродистая сталь
• Нержавеющая сталь
• Чугун
• ПВХ
• HDPE
• Труба с цементной облицовкой

Ультразвуковая энергия ведет себя по-разному при прохождении через различные материалы. Поэтому один и тот же расходомер может показывать разную мощность сигнала при установке на трубы разных типов.

2.2 Толщина стенки трубы

Толщина стенки трубы имеет особое значение для ультразвукового измерения расхода с помощью зажимов.

В целом, чем толще стенка трубы, тем большее количество материала должен пройти через ультразвуковой сигнал, что может увеличить акустическое затухание.

Это может стать особенно важным для:

Трубы большого диаметра с толстыми стенками

Следовательно, одного лишь размера трубы недостаточно для выбора ультразвукового расходомера.

Например, вместо того, чтобы предоставлять только:

Диаметр трубы: DN500

Гораздо полезнее предоставить:

Материал трубы + Наружный диаметр + Толщина стенки + Материал внутренней облицовки

2.3 Футеровка труб

Фундаментация труб может существенно влиять на силу сигнала.

К распространенным материалам для подкладки относятся:

• ПТФЭ
• Резина
• Цемент
• Эпоксидная смола
• Пластик

Ультразвуковому сигналу может потребоваться пройти через:

Преобразователь → Стенка трубы → Футеровка → Жидкость

Если акустические свойства облицовки значительно отличаются от свойств трубы и жидкости, могут возникнуть дополнительные акустические потери.

Поэтому знать, что труба «стальная», недостаточно. Следует также учитывать тип и толщину внутренней облицовки.

3. Почему пузырьки воздуха снижают силу сигнала?

Пузырьки воздуха являются одной из наиболее распространенных причин слабых или нестабильных ультразвуковых сигналов.

Поскольку газ и жидкость обладают совершенно разными акустическими свойствами, пузырьки могут рассеивать и отражать ультразвуковые волны.

Без значительного количества пузырьков воздуха:

Ультразвуковой сигнал → Жидкость → Приемный преобразователь

С пузырьками воздуха:

Ультразвуковой сигнал → Пузырьки → Рассеяние/отражение → Потеря энергии → Более слабый принимаемый сигнал

В результате чрезмерное количество пузырьков воздуха может вызвать:

• Сниженная мощность сигнала
• Нестабильные показания расхода
• Периодическая потеря сигнала
• Низкая стабильность измерений

Поэтому при внезапном снижении уровня сигнала инженеру следует не только проверить датчики, но и выяснить, есть ли воздух в трубе.

4. Соединение преобразователя также имеет решающее значение.

В накладном ультразвуковом расходомере преобразователь не контактирует непосредственно с жидкостью. Ультразвуковой сигнал должен проходить через стенку трубы.

Путь связи можно упростить следующим образом:

Преобразователь → Соединительный компаунд → Стенка трубы

Плохое сопряжение может значительно снизить мощность сигнала.

Типичные причины включают:

• Недостаточное количество связующего вещества
• Неравномерное соединение
• Ржавчина или коррозия на поверхности трубы.
• Толстый слой краски или покрытия
• Шероховатая поверхность трубы
• Свободно расположенные преобразователи
• Преобразователи, сместившиеся со своего первоначального положения

Таким образом, для надежной передачи ультразвука крайне важны надлежащая подготовка поверхности и хороший механический контакт между преобразователем и трубой.

5. Означает ли высокая мощность сигнала высокую точность?

Не обязательно.

Это один из важнейших моментов, который необходимо понять.

Основной показатель силы сигнала говорит нам следующее:

«Сможет ли расходомер принять достаточно сильный ультразвуковой сигнал?»

С другой стороны, точность измерений предполагает следующее:

«Насколько измеренный расход соответствует фактическому расходу?»

Это две разные вещи.

Например:

Случай А

Уровень сигнала: высокий

Однако датчики установлены в неудачном месте, и профиль потока значительно искажен.

→ Сигнал может быть сильным, но измерение всё равно может содержать погрешность.

Случай Б

Уровень сигнала: умеренный

Но преобразователи установлены правильно, состояние трубопровода подходящее, и сигнал стабилен.

→ Расходомер может по-прежнему демонстрировать хорошие измерительные характеристики.

Поэтому:

Высокий уровень сигнала ≠ Высокая точность

6. Насколько низкий уровень считается слишком низким?

Не существует универсального значения уровня сигнала, которое можно было бы применить ко всем ультразвуковым расходомерам.

Разные производители могут по-разному определять и отображать уровень сигнала, например:

• Уровень сигнала %
• Уровень сигнала в дБ
• Качество сигнала
• SNR
• Уровень принимаемого сигнала

Эти параметры взаимосвязаны, но они...Не обязательно напрямую сравнивать модели разных производителей или моделей..

Для конкретной модели расходомера следует использовать руководство производителя и внутренние технические характеристики прибора в качестве справочного материала.

7. Мощность сигнала в зависимости от отношения сигнал/шум

Для более глубокого понимания также важно различатьУровень сигналаотSNR (отношение сигнал-шум).

Уровень сигналав основном описывает:

Насколько силен принимаемый ультразвуковой сигнал.

SNRописывает:

Насколько силен полезный сигнал относительно фонового шума.

Например, расходомер может получать относительно сильный сигнал, но если к нему также присущ высокий уровень электрических или механических помех, отношение сигнал/шум может оставаться низким.

Следовательно, когда прибор предоставляет такие параметры, как:

Уровень сигнала + Соотношение сигнал/шум + Качество сигнала

В идеале их следует оценивать вместе.

8. Как уровень сигнала можно использовать для поиска и устранения неисправностей?

Практический подход к устранению неполадок заключается в наблюдении за обоими аспектами.уровень и стабильностьсигнала.

Стабильный и относительно сильный сигнал

Это, как правило, указывает на то, что:

• Преобразователи хорошо соединены друг с другом.
• Акустический путь приемлемый.
• Принимаемый сигнал стабилен.

Однако точность измерений по-прежнему необходимо оценивать отдельно.

Очень слабый сигнал

Проверьте следующее:

1. установка преобразователя
2. Соединение-связь
3. Состояние поверхности трубы
4. толщина стенки трубы
5. футеровка труб
6. Воздушные пузырьки
7. Полностью ли заполнена труба
8. Расстояние между преобразователями
9. Выбор преобразователя
10. Параметры трубы и жидкости вводятся в расходомер.

Уровень сигнала внезапно снижается.

Обратите особое внимание на:

• Пузырьки воздуха попадают в трубу
• Свободно расположенные преобразователи
• Ухудшение сцепления
• Изменения в условиях эксплуатации
• Значительные изменения температуры жидкости
• Вибрация трубы

9. Уровень сигнала — скорее индикатор акустического состояния.

В конечном счете,Уровень сигнала следует рассматривать скорее как акустический диагностический показатель, а не как прямой индикатор точности..

Это помогает ответить на вопрос:

«Передается ли ультразвуковой сигнал по трубе и жидкости и принимается ли он должным образом?»

Само по себе это не даёт ответа:

«Насколько точны измерения расхода?»

Для проведения надлежащей оценки следует учитывать множество факторов:

Уровень сигнала + Соотношение сигнал/шум/Качество сигнала + Установка преобразователя + Состояние трубопровода + Состояние жидкости + Профиль потока + Калибровка

Следовательно, в практических инженерных приложениях,Уровень сигнала в первую очередь полезен для проверки установки, устранения неполадок и мониторинга акустического состояния измерительной системы, а не как самостоятельный параметр точности измерений.