ドップラー超音波流量計: 動作原理、アプリケーション、および選択ガイド

工業プロセス測定において、完全にきれいではない液体から信頼性の高い流量測定値を取得することほど一般的な課題はほとんどありません。スラリー、廃水、化学懸濁液、および同伴ガスや固体を運ぶ液体は、従来のフロー技術を打ち負かす可能性があります。長年にわたり、当社はプロセス エンジニアがこれらの測定に関する悩みを解決できるよう支援してきました。多くの場合、ドップラー超音波流量計が実際的な解決策となります。このガイドでは、このテクノロジーがどのように機能するか、どこで最も効果的に機能するか、サイトにテクノロジーを選択する前に考慮すべき点について説明します。

ドップラー超音波流量計とは何ですか?

ドップラー超音波流量計は、高周波音波を使用してパイプ内を移動する液体の速度を測定する非接触またはクランプオン流量測定装置です。上流信号と下流信号の移動時間の差に依存する通過時間型超音波計とは異なり、ドップラー計は連続超音波信号を流れに送信し、液体中の移動粒子や気泡によって反射される周波数シフトを分析します。

ドップラー効果として知られるこの周波数シフトは、反射粒子の速度に正比例します。粒子は周囲の液体とともに移動するため、粒子の速度は全体の流速に近似します。メーターの電子機器がこれを流量に変換し、パイプに侵入したりプロセスを停止したりすることなく継続的に測定できます。

ドップラー超音波流量計はどのように機能しますか?

の 送信機 既知の角度でパイプ内に音波を送ります。波が浮遊粒子、気泡、またはその他の不連続部分に遭遇すると、受信機に跳ね返ります。反射物体が送信機に向かって移動している場合、反射波の周波数は高くなります。遠ざかっている場合、周波数は低くなります。発信周波数と受信周波数の差がドップラー シフトです。

これを簡単に表現する方法は次のとおりです。

df = 2 * f0 * v * cos(θ) / c

ここで、df はドップラー シフト、f0 は送信周波数、v は流速、theta は超音波ビームとパイプ軸の間の角度、c は液体中の音速です。

液体内の音速を知るか補正する必要があるため、最新のドップラー メーターの多くには温度入力または自動音速補正が含まれています。これが、温度監視が流量測定システムに組み込まれることが多い理由の 1 つであり、当社がプロセス計装で幅広く取り組んできた分野です。

4～20mA出力の統合温度トランスミッタ この 2 線式温度トランスミッタは、熱電対の場合は 0.5% FS、RTD の場合は 0.2% FS 以内の精度で、リニア 4 ～ 20mA 出力を提供します。プロセスラインの温度補償をサポートすることで、ドップラー流量計を補完します。 製品を見る→

利点と制限事項

適切な流量計を選択することは、機能と制約のバランスをとることを意味します。以下の表は、日常の産業条件におけるドップラー超音波流量計の主な長所と限界をまとめたものです。

産業プロセスにおける一般的な用途

ドップラー超音波流量計は、液体が決してクリーンではない業界で評判を得ています。産業顧客をサポートした経験から、最も一般的なアプリケーションは次のとおりです。

• 処理場における廃水および汚泥の流量測定
• 採掘および鉱物処理におけるスラリーおよび尾鉱ライン
• 懸濁した触媒またはポリマーを使用する化学および石油化学プロセス
• 果肉、マッシュ、または粘性のある製品を運ぶ食品および飲料ライン
• 紙パルプストックライン
• 冷却水回路に砂、錆、藻が付着している

石油化学分野では、安全性と効率性のために、変化するプロセス条件下での信頼できる流量データが不可欠です。当社は多くの企業に温度および圧力計を供給してきました。 石油化学プラント また、流量測定は、ほとんどの場合、同じ機器ループの一部です。これらのテクノロジーがどのように相互に補完するかを理解することは、プラントエンジニアが回復力のある測定システムを構築するのに役立ちます。

ドップラー流量計の主な選択要素

ドップラー超音波流量計を指定する前に、プロセス条件を慎重に検討することが重要です。選択時にお客様とよく話し合う要素は次のとおりです。

液体の特性

の minimum level of reflectors is often stated as a concentration of 100 mg/L for particles and even less for bubbles of sufficient size. If your liquid is clean, a Doppler meter will not give you reliable data. Check whether the particle size and concentration remain within the manufacturer’s specifications throughout normal operation.

配管と設置条件

パイプの直径、壁の厚さ、ライニングの材質、温度はすべて信号結合に影響します。クランプオントランスデューサは、スチール、プラスチック、およびほとんどの金属パイプで最もよく機能しますが、厚いライニング、外部スケール、またはトランスデューサとパイプ間のエアギャップがあると信号が弱まります。安定した流量プロファイルを維持するには、センサーの上流と下流で推奨される直管の長さ (通常、上流で少なくとも直径 10、下流で直径 5) を遵守する必要があります。

プロセス温度と圧力

ドップラー超音波メーター自体には、周囲温度とプロセス温度に制限があります。トランスデューサの材質と取り付け方法は、パイプの表面温度に耐える必要があります。高温のラインの場合は、特別な取り付けアクセサリまたは別のメーター技術が必要になる場合があります。同時に、メーターはクランプ式であるため、パイプの圧力定格は損なわれませんが、圧力は音速と気泡の挙動に影響を与える可能性があるため、構成時に考慮する必要があります。

産業用プロセス制御用圧力トランスミッタ この圧力トランスミッターは、圧力測定値を自動化システム用の比例 4 ～ 20mA または電圧信号に変換します。さまざまな出力との互換性により、流量測定と並行して既存の制御ループと確実に統合できます。 製品を見る→

信号とデータの統合

メーターが 4 ～ 20 mA、パルス、または Modbus などのデジタル通信を出力しているかどうかを確認します。これは既存の制御システムと一致する必要があります。一部のデバイスでは、傾向分析や診断に役立つデータ ログ機能も備えています。

どのモデルがお客様のアプリケーションに適合するかわからない場合は、当社のエンジニアリング チームがプロセス データを確認し、適切な配置を推奨します。できます 私たちのチームに連絡してください パイプの詳細と液体の特性を確認します。

設置とメンテナンスのヒント

適切に選択されたドップラーメーターであっても、設置が不十分な場合は故障する可能性があります。現場での経験に基づいて、いくつかの実践的なポイントを繰り返す価値があります。

1. トランスデューサを取り付ける前に、パイプの表面を十分に清掃してください。古い塗装、錆、汚れにより超音波信号が散乱する可能性があります。
2. トランスデューサとパイプの間に音響カップリングゲルの薄い層を塗布します。これにより、伝送を妨げるエアギャップが除去されます。
3. 上部のエアポケットによる信号の中断を避けるために、トランスデューサは水平パイプの側面または少し下側に取り付けてください。
4. パイプがいっぱいであることを確認します。パイプが空または部分的に満たされている場合、読み取り値が不安定になります。
5. メーターを別のパイプ サイズまたは液体に移動した場合は、ゼロ流量オフセットを再校正します。

クランプオントランスデューサはプロセス液体と接触しないため、通常、メンテナンスは最小限で済みます。ほとんどの設置では、カップリングコンパウンドとトランスデューサケーブルを定期的にチェックするだけで十分です。

完全なプロセス測定システムの構築

長年にわたり産業用計器を供給してきた中で、私たちは流量計が他のプロセス測定と統合されたときに最も効果的に機能することを学びました。温度補償、圧力監視、レベル制御は、多くの場合、同じ自動化ループの一部です。 Jiangsu Zhaolong Electrics Co., Ltd. は、温度および圧力計器のメーカーとして、お客様の流量測定設備を補完するさまざまな製品を提供しています。たとえば、ドップラー流量計をスラリー ラインに設置する場合、多くの場合、そのラインに供給されるタンクのレベルを監視する必要があります。当社のレベルゲージ製品は、このような業務に簡単なオプションを提供します。

タンクおよびスラリー監視用レベルゲージ このレベルゲージは、スラリーラインを供給するタンクに簡単な監視オプションを提供します。ドップラー流量計とうまく組み合わせてプロセスを完全に可視化し、産業環境における自動化と制御を強化します。 製品を見る→

ドップラー超音波流量計は、他の技術では扱うのが難しい液体にとって実用的な選択肢です。これらは、スラリー、廃水、および化学物質の流れにおいて、真の非侵襲的測定、低メンテナンス、および強力なパフォーマンスを提供します。ただし、他の流量計と同様に、慎重に選択して設置する必要があります。流量測定ソリューションを評価していて、プロセス計測全体を理解しているエンジニアからのサポートが必要な場合は、当社までご連絡ください。私たちは喜んで経験を共有し、お客様のプロセスに適した機器の組み合わせを見つけるお手伝いをさせていただきます。