VTT MIKESissä kehitetty clamp-on-tyyppinen ultraäänivirtausmittausratkaisu yksinkertaistaa antureiden asennusta. Kiinteään mittausgeometriaan ja vaihe-eromittaukseen perustuva menetelmä tarjoaa lupaavan vaihtoehdon teollisiin nestevirtaussovelluksiin.
Ultraäänen kulkuaikamittaukseen perustuvia clamp-on-virtausmittareita käytetään laajasti teollisuudessa, koska ne voidaan asentaa putken ulkopuolelle ilman tuotantokatkoksia. Clamp-on-mittareiden mittaustarkkuus ja mittausten uusittavuus riippuu kuitenkin paljon antureiden asennuksesta. VTT MIKESin mittausratkaisu on kehitetty ratkaisemaan tämän keskeisen haasteen.
VTT MIKESin kiinteään mittausgeometriaan perustuva clamp-on-virtausmittari avaa uusia mahdollisuuksia erityisesti kohteissa, joissa mittareita joudutaan siirtämään, vaihtamaan tai käyttämään tilapäisesti. Menetelmä soveltuu jatkokehityksen avulla myös erikokoisille putkille sekä esimerkiksi tarpeeseen mitata useasta eri kohti putkistoa.
Kiinteä mittausgeometria vähentää asennusvirheitä
Perinteisissä clamp-on-ultraäänivirtausmittareissa on kaksi irrallista anturia, jotka asennetaan putken pintaan erilleen toisistaan ja niiden välinen etäisyys määritellään tapauskohtaisesti mm. putkikoon ja putkimateriaalin perusteella. Tämän takia asennus on herkkä virheille ja heikentää mittauksen uusittavuutta esimerkiksi, kun mittari irrotetaan ja asennetaan uudelleen tai siirretään toiseen kohteeseen.
VTT MIKESin kehittämässä ratkaisussa käytetään kahta kaupallista pietsosähköistä ultraäänianturia, joiden välinen etäisyys on kiinteästi määritelty mekaanisessa anturikiinnikkeessä. Tämä poistaa yhden merkittävimmistä asennukseen liittyvistä epävarmuustekijöistä. Anturit asennetaan teräsputken ulkopuolelle, ja mittaus tapahtuu täydessä, paineellisessa putkessa ilman kosketusta virtaavaan väliaineeseen.
Mittausratkaisu on testattu VTT MIKESin Kajaanin toimipisteen nestevirtauslaboratorion kalibrointilaitteistossa, jossa referenssinä toimivat magneettiset virtausmittarit. Kalibrointilaboratorio on ihanteellinen paikka mittalaitekehitykselle hyvin tunnettujen ja tarkkojen referenssilaitteistoden vuoksi. Käytetyn laitteiston mittausepävarmuus on 0,3 %, ja ultraäänilaitteiston mittausepävarmuuden arviointi on luonnollisesti ollut mukana mittalaitekehityksessä alusta alkaen.
Toistaiseksi laitteistolla on tehty mittauksia DN150-putkikoossa. Mittaustulokset osoittavat hyvän lineaarisen korrelaation ultraäänen tuottaman vaihe-eron ja referenssin tilavuusvirtauksen välillä virtausalueella 20 l/s –127 l/s. Alustavan epävarmuusanalyysin perusteella menetelmän laajennettu epävarmuus oli 1,7 % (k = 2), mikä on samalla tasolla kaupallisten clamp-on-ratkaisujen kanssa. Menetelmän uusittavuutta tutkitaan vielä erilaisissa asennuspaikoissa.
Teknisesti ratkaisu perustuu ultraäänen kulkuaikojen eroon virtauksen suuntaan ja sitä vastaan, mutta suoran kulkuaikamittauksen sijaan käytetään vaihe-eromittausta. Virtaava neste aiheuttaa vaihe-eron eri suuntiin edenneisiin ultraäänisignaaleihin, ja tästä vaihe-erosta voidaan laskea nesteen virtausnopeus ja edelleen tilavuusvirta. Mittauksissa hyödynnettiin lukitusvahvistintekniikkaa (lock-in amplifier), jonka avulla pieniäkin vaihe-eroja voidaan mitata luotettavasti.
Hyödyt teollisille käyttäjille ja tulevaisuuden näkymät
Teollisuuden näkökulmasta kehitetty mittausratkaisu tarjoaa useita konkreettisia etuja:
- ultraäänivirtausmittarin nopeampi ja yksinkertaisempi asennus,
- verrattain hyvä mittaustarkkuus ja
- parempi toistettavuus mittarin uudelleenasennuksissa.
Ratkaisu sopii erilaisille teollisille sovelluksille, kuten energiateollisuuteen, vesihuoltoon ja prosessiteollisuuteen. Teollisten toimijoiden kanssa tehdään yhteistyötä menetelmän soveltamiseksi käytäntöön.
Menetelmää on kehitetty Kainuun liiton rahoittamissa EAKR-hankkeissa CEMIS-UURA ja CEMIS-MESI, joka on parhaillaan menossa ja jossa tutkitaan tekniikan soveltuvuutta sellumittauksiin.
Nestevirtauskalibrointilaboratorio on sopiva paikka ultraäänivirtausmittarin kehitykseen.
Jatka lukemista
Palvelu:
VTT MIKES
Jaa
