Работа ультразвукового расходомера типа “Controlotron”

Накладные ультразвуковые расходомеры “Controlotron” поддерживают как традиционный прямой режим измерений “Direct” (датчики устанавливаются на разных сторонах трубы), так и режим с отражением “Reflect” (датчики на одной стороне трубы).

Рекомендуемым является режим с отражением “Reflect”, особенно при искаженном профиле потока. В этом режиме ультразвуковой луч проходит в диаметральном сечении трубы до противоположной стенки, отражается от нее и возвращается после двукратного пересечения потока. В результате устраняется любая погрешность, вызываемая осевой асимметрией профиля потока, так как в данном режиме измерений погрешность, возникающая в одном направлении, полностью компенсируется при прохождении луча в другом.

Преимущества ультразвуковых накладных расходомеров

Отсутствие контакта с измеряемым потоком жидкости, благодаря чему параметры расходомера не изменяются во времени из-за абразивных воздействий потока и его работа не вызывает потерь давления, т. е. по эксплуатационным затратам это самый экономичный расходомер.

При установке накладных датчиков на трубе исключается даже малейшее влияние на профиль потока жидкости. Поэтому отсутствует дополнительная погрешность калибровки расходомеров из-за искажения профиля потока, чего невозможно избежать при эксплуатации ультразвуковых датчиков врезного типа.

При установке накладных ультразвуковых датчиков не появляется углублений в трубе, наличие которых при врезных датчиках служит местом сбора отложений, которые могут привести к блокировке ультразвукового луча.

Технология "широколучевого" измерения

Технология "широколучевого" измерения реализуется с помощью так называемых ультразвуковых волн Лэмба.

Волной Лэмба называется волна, распространяющаяся между поверхностями стенки трубы в резонансе вдоль трубопровода. При каждом отражении от границы труба/поток в веществе генерируется волна, направленная внутрь измеряемого потока. В результате создаётся пучок когерентных измерительных лучей, который и называют широким лучом. В силу своей резонансной природы волна Лэмба имеет существенно меньшие энергетические потери в стенке трубы. Это позволяет максимизировать отношение полезного сигнала к помехам, что является существенным условием надёжности расходомера, и упрощает процесс обработки сигнала. По сути, при генерировании широкого измерительного луча сама стенка трубы становится излучателем сигнала, своего рода продолжением датчика.

Преимущества технологий реализованных в расходомере “Controlotron”

Преимущества использования широкого луча по сравнению с узколучевыми расходомерами:

• Широкий измерительный луч охватывает существенно большую часть потока, нежели традиционные системы. Измерительный сигнал “Wide-Beam” в двулучевой системе (4 датчика) содержит на 40% больше информации о потоке, чем традиционный узколучевой сигнал в четырехлучевой хордовой системе (8 датчиков).

• Широколучевые расходомеры решают проблему "ухода луча". При существенном увеличении скорости потока происходит смещение измеряющего луча. В узколучевых расходомерах при существенном увеличении или уменьшении скорости потока луч отклоняется настолько, что не поступает на второй датчик. В случае широкого луча измеряющих сигналов много и они генерируются из разных точек стенки трубы. Таким образом, при резком изменении скорости потока расходомер продолжает функционировать, не теряя при этом в точности. Чувствительность прибора повышается до 0,0003 м/с. Поскольку ультразвукоые датчики расходомера являются одновременно и приёмниками и передатчиками, измерение потока возможно в двух направлениях.

• Технология “Wide-Beam” обеспечивает нечувствительность расходомера к загрязнениям среды. Если один из параллельных лучей широкого пучка перекрывается инородной частицей примеси, то измерение обеспечивают другие лучи. Испытания независимых компаний зафиксировали успешное измерение расхода жидкости при уровне аэрации до 50% и измерение расхода газа при содержании жидкости до 40%.

• В процессе использования накладных расходомеров невозможно применение абсолютно идентичных трубе датчиков. Это приводит к появлению дополнительной ошибки при определении времени прохождения измерительного луча. Использование волны Лэмба, проходящей по стенке трубы как дополнительного (опорного) сигнала, позволяет решить эту проблему и существенно повысить чувствительность прибора.

Технология “ZeroMatic” с помощью постоянного контроля опорного сигнала позволяет расходомеру полностью исключить возможную ошибку измерения, связанную с характеристиками материала трубы. При каждом прохождении измерительного сигнала по потоку и против потока расходомер автоматически корректирует полученную разность времени прохождения сигналов в двух направлениях на величину, равную разности времен прохождения опорных сигналов, то есть полностью устраняет влияние трубы на измерение.

Технология повышения точности измерения расхода углеводородных соединений “PetroMass” корректирует показания расходомера с учетом изменения состава продукта. Это достигается благодаря тому, что расходомер измеряет скорость ультразвука в продукте (путем сложения времен прохождения сигнала по потоку и против потока), которая зависит от его состава. Вычислитель расхода содержит в своей памяти таблицы, связывающие ультразвуковые характеристики продукта и его состав в зависимости от температуры, плотности и вязкости согласно международным стандартам API.

Технология “PetroMass” также позволяет расходомеру фиксировать прохождение границы раздела жидкостей, отмеченную во времени изменением скорости звука, а также вычислить нормализованный расход газов, в том числе природного газа.