トランジット-超音波流量計ガイド: 動作原理、用途、設置、選択

このガイドでは、通過時間-超音波流量計機能、どの液体が適しているか、いつドップラーがより良い選択肢であるか、どの設置要因が精度に影響するか、メーターを選択する前にどのような情報を準備する必要があるか。

トランジットタイム型超音波流量計とは何ですか?{0}

通過時間型超音波流量計は、超音波パルスを使用してパイプ内の流速を計算する液体流量計です。{0}一般的な構成では、2 つのトランスデューサがパイプの外側に設置されるか、パイプ壁に挿入されるか、またはインライン メーター本体に組み込まれます。次に、メーターはパイプの内部面積を使用して、測定された流速を体積流量に変換します。

改修プロジェクトで最も一般的なバージョンは、超音波流量計のクランプ-。センサーはパイプの外側に取り付けられているため、流体が機器に接触することはありません。これは、パイプの切断、プロセスの停止、漏れのリスク、または液体の汚染を回避する必要がある場合に役立ちます。

トランジットタイム技術は主に、液体を運ぶ密閉された完全なパイプに使用され、超音波信号が十分な強度と安定性で通過できるようにします。すべての液体に万能な解決策というわけではありません。パイプの状態、液体の清浄度、空気含有量、浮遊物質、設置位置がすべて重要です。

通過時間型超音波流量計はどのように機能しますか?{0}

通過時間計には 2 つの超音波トランスデューサが使用されます。{0} 1 つの信号は、液体と同じ方向に下流に伝わります。別の信号は液体の流れに逆らって上流に伝わります。液体が流れている場合、下流信号の到着はわずかに速くなりますが、上流信号の到着にはわずかに時間がかかります。

メーターはこれら 2 つの信号経路間の時間差を計算します。その時間差は、超音波経路に沿った平均流速に関係します。速度が計算された後、メーターはパイプの内径を使用して体積流量を計算します。

簡略化した形式:

流量=平均流速 × パイプ断面積 -

このため、パイプ データは慎重に入力する必要があります。パイプの外径、壁の厚さ、材質、ライニング、流体の種類はすべて、音響経路とトランスデューサーの間隔に影響します。これらの値が間違っている場合、技術的に優れたメーターでも測定値が不安定または不正確になる可能性があります。測定概念のより広範な説明については、これを参照してください。超音波流量測定原理リソース。

外部の技術的参考資料として、DwyerOmega 氏は、通過時間計は上流と下流のパルス移動時間を比較するのに対し、ドップラー メーターは液体中の粒子や気泡からの反射信号に依存すると説明しています。{0}ドップラーと通過時間の比較-超音波流量計ガイド.

どの液体が通過時間超音波流量測定に適していますか?{0}

通過時間型超音波流量計は、清浄で均質であり、超音波信号を確実に送信できる液体に最適です。{0}液体は完全に純粋である必要はありませんが、多量のエアレーション、高い固形分、泡、スラッジ、または不安定な組成により信号品質が低下する可能性があります。

最適な液体-

通常、移動時間の測定は、以下の点で適切な開始点となります。{0}

• きれいな水
• 冷水
• お湯
• 冷却水
• プロセス水
• グリコール-水混合物
• 安定した薬液が多い
• 適切な音響特性を持つオイル
• 比較的均一な食品および飲料の液体

冷水、温水、復水器システムでは、通常、液体が安定した信号伝送に十分なほどきれいであるため、通過時間計がよく使用されます。{0}}アプリケーションでエネルギーまたは BTU の計算も必要な場合は、専用のBTU冷却水用超音波流量計または超音波エネルギーメーター基本的なフローのみのモデルよりも適している可能性があります。{0}

追加の評価が必要な液体

一部の液体は引き続き測定可能ですが、選択する前に確認する必要があります。

• 低～中程度の浮遊物質を含む廃水
• 時折気泡を含む液体
• 粘性液体
• 腐食性液体
• コーティングまたはライニングされたパイプ内の液体
• 濃度や温度が変化する液体

これらの用途については、液体名だけで適合性を判断しないでください。超音波信号がパイプと液体を安定して通過できるかどうかを確認します。可能であれば、予想される信号強度、パイプの状態、温度範囲、粘度、および流体に同伴空気や固体が含まれているかどうかを確認してください。

ドップラーがより良い選択となる場合

液体に多くの浮遊物質や気泡が含まれている場合は、ドップラー超音波流量計を開始点として使用することをお勧めします。通過時間テクノロジーは、液体を通過する安定した信号に依存します。-ドップラー技術は、流れとともに移動する粒子または気泡からの信号反射に依存しています。

廃水、活性汚泥、スラリー状の液体、または多量に空気を含んだ液体の場合は、ポータブルドップラー流量計通過時間モデルを選択する前に、または別のテクノロジーを選択してください。{0}}

通過時間-対ドップラー超音波流量計

最も重要な違いはメーターの外観ではありません。測定原理上必要な液体の状態です。

液体がきれいでパイプがいっぱいの場合は、輸送時間から始めます。-液体が汚れている、空気を含んでいる、または一貫して浮遊粒子が含まれている場合は、ドップラーを評価します。アプリケーションに導電性の汚水や廃水が含まれる場合は、電磁流量計も比較する価値があるかもしれません。

トランジットタイム超音波流量計の一般的な用途-

水処理と配水

通過時間型超音波流量計は、原水、処理水、プロセス水、ポンプの性能チェック、分布監視に一般的に使用されます。{0}クランプ-モデルは、オペレーターがラインを停止せずに既存のパイプラインに流量測定ポイントを追加する必要がある場合に特に役立ちます。

配管が満水になっていないか、測定点付近に空気が溜まっていないか、ポンプ、エルボ、減速機、調節弁などからの直管が十分にあるかを確認して選定してください。

HVAC とエネルギー管理

HVAC システムでは、通過時間メーターは冷水、温水、復水器の水ループに使用されます。{0}これらは、ポンプの性能を検証し、流量のバランスをとり、温度測定と組み合わせてエネルギー監視をサポートするのに役立ちます。

恒久的な HVAC モニタリングの場合、壁掛け式超音波流量計-が適切かもしれません。一時的なバランシングやサイト監査の場合は、多くの場合、ポータブル モデルの方が効率的です。

化学薬品およびプロセス液体

化学用途やプロセス用途では、クランプオン センサーが流体に触れないため、非接触測定により互換性の問題が軽減されます。{0}{1}{1}これは、腐食性の液体、高価な液体、または取り扱いが難しい液体の場合に役立ちます。--

ただし、選択する前に、液体の音響特性、温度、粘度、濃度変化、パイプライニングを検討する必要があります。化学プロセスで高精度または保管形式の検証が必要な場合、校正と設置条件が特に重要になります。{1}

食品および飲料用液体

通過時間計は、液体とパイプの状態が安定した超音波伝達を可能にする限り、水、洗浄液、ジュース、牛乳、シロップなどの適切な食品や飲料の液体に使用できます。{0}}衛生的なプロセスの場合、ユーザーはクランプオン測定で十分かどうか、またはインライン衛生設計メーターが必要かどうかを判断する必要があります。-

臨時流量調査・保守点検

ポータブルおよびハンドヘルドの超音波メーターは、ポンプのテスト、システムのトラブルシューティング、流量検証、短期調査に役立ちます。{0}}技術者は、パイプの外側にトランスデューサーを取り付け、流量データを収集し、テスト後にメーターを取り外します。

このタイプの作業の場合、ポータブル超音波流量計またはFT221 ポータブル超音波流量計固定設置よりも実用的かもしれません。

主な利点と実際的な制限

通過時間型超音波流量計にはいくつかの利点がありますが、それぞれの利点には用途の境界があります。

• 非侵襲的な設置:-クランプオン センサーはパイプの外側に取り付けることができるため、シャットダウンや漏れのリスクが軽減されます。{0}
• 可動部品なし:測定経路にはローターやギアがないため、機械的摩耗が軽減されます。
• クランプオン モデルでは追加の圧力損失はありません:{0}パイプ内には何も挿入されないため、クランプ式メーターは、障害に関連した圧力降下を追加しません。{0}{1}
• 改修プロジェクトに適しています:既存のパイプラインは、多くの場合、切断や溶接を行わずに測定できます。
• 一時的または永続的な測定に柔軟に対応:同じ原理は、ハンドヘルド、ポータブル、壁掛け、挿入、インラインの設計でも使用できます。{0}

制限も同様に重要です。通過時間メーターは、部分的に充填されたパイプ、不良なパイプ表面、大量のスケール、過剰な気泡、高い固形分含有量、短い直線、または不正確なパイプ パラメータによって問題が発生する可能性があります。より厳しい精度が必要なアプリケーションの場合は、製品仕様を注意深く検討し、高精度超音波流量計.

精度に影響を与える設置要因

多くの場合、安定した超音波流量測定値と弱く信頼性の低い信号の違いは、設置の品質によって決まります。メーカーの設置マニュアルには通常、直進距離、トランスデューサーの位置、取り付け方法、および環境制限が指定されています。たとえば、ONICON F-4300 クランプオン超音波流量計のマニュアルでは、真っ直ぐで遮るもののないパイプにトランスデューサを取り付け、曲げ、ティー、バルブ、トランジション、挿入プローブ、エアレーション装置、振動、および不良パイプ表面を避けることを推奨しています。クランプ-超音波流量計の設置マニュアル.

フルパイプの状態

パイプは完全に液体で満たされている必要があります。部分的にパイプが満たされていると、音響経路が遮断され、速度プロファイルが歪む可能性があります。垂直パイプの場合、通常は上向きの流れの方が満杯を維持しやすいです。水平パイプの場合は、空気が溜まる可能性がある最上部と、堆積物が沈殿する可能性がある最下部を避けてください。

直管ラン

エルボ、バルブ、ポンプ、減速機、ティーなどによる流れの乱れにより、速度プロファイルが歪む可能性があります。安定した流量プロファイルにより再現性が向上します。正確な直流要件は、メーターのタイプ、パイプのレイアウト、外乱の程度、メーカーの指示によって異なります。-利用可能な直進距離が限られている場合は、メーターがそれを補ってくれると考えるのではなく、購入前にレイアウトについて話し合ってください。

トランスデューサの位置合わせと取り付け方法

クランプ-トランスデューサは、メーターの計算に従って位置を合わせ、間隔をあけて配置する必要があります。調整が不十分だと信号が弱くなり、読み取り値が不安定になる可能性があります。一般的な取り付けパスには、リフレクト モードとダイレクト モードが含まれます。一部のメーカーでは、これらを V、W、または Z 構成と表現しています。実際には、選択される方法はパイプのサイズ、パイプの材質、壁の厚さ、信号強度、利用可能な取り付けスペースによって異なります。

詳細については、この内部ガイドを参照してください。超音波流量計の設置方法.

パイプ材質、ライニング、表面状態

メーターには、外径、壁の厚さ、パイプの材質、ライニングの材質、可能な場合はパイプのスケジュールなど、正確なパイプ情報が必要です。古いパイプ、厚い塗装、錆、スケール、溶接継ぎ目、不明なライナーはすべて、超音波信号を弱める可能性があります。

クランプオン センサーを取り付ける前に、取り付け領域を清掃し、剥がれた塗料やスケールを取り除きます。トランスデューサの面は、適切な音響結合材料を使用してパイプにしっかりと設置する必要があります。

気泡、固体、および信号品質

通過時間計は、超音波信号が液体中をきれいに伝わるときに最もよく機能します。{0}気泡、泡、浮遊物質、または突然の濃度変化により、信号が散乱したり弱くなったりする可能性があります。メーターの信号強度が弱い、または測定値が不安定である場合、問題は電子機器ではなく、流体の状態にある可能性があります。

測定パフォーマンスに関する追加情報については、次の内部ページを参照してください。超音波流量計の精度そしてガイドは超音波流量計の精度を向上させる方法.

クランプ-オン、挿入、インライン、ポータブル: どのタイプを選択すべきですか?

通過時間に優れた超音波流量計が常に最も高価であるとは限りません。{0}配管、液体、要求精度、メンテナンス計画に合わせたものです。

永続的な非侵襲性の測定点が必要な場合は、クランプ式または壁掛け式のモデルを評価してください。{0}{1}{2}多数の配管にわたる一時的なチェックが必要な場合は、ポータブル メーターを選択してください。大きなパイプや困難なパイプでより強力な信号パフォーマンスが必要な場合は、挿入オプションとインライン オプションを比較してください。製品レベルの比較については、こちらをご覧ください-超音波流量計の挿入とクランプ-オプション。

弱い信号または不安定な信号のトラブルシューティング

通過時間型超音波流量計の読み取り値が正しくない場合は、設置と適用条件を確認する前に流量計の交換を避けてください。{0}}多くの問題は、パイプ データ、センサーの取り付け、流量プロファイル、または液体の状態から発生します。

より詳細な障害分析については、このページを参照してください。超音波流量計に関する一般的な問題の解決策.

適切なトランジットタイム超音波流量計の選び方-

お見積り依頼や機種選定の前に、以下の判断プロセスをご利用ください。

1. 流体の状態を確認する

液体の名前、温度、粘度、清浄度、固形分含有量、気泡含有量、および動作中に液体の組成が変化するかどうかを特定します。浄水と冷水は通常、簡単です。廃水、粘性液体、空気混入液体、およびコーティングされたパイプの用途については、さらに検討する必要があります。-

2. パイプデータの確認

パイプの外径、壁の厚さ、材質、ライニング、パイプのスケジュール、およびパイプが古いか、スケーリングされているか、塗装されているか、断熱されているかどうかを準備します。クランプオン測定の場合、パイプ データはオプションではありません。それらはトランスデューサーの間隔と音響伝達に直接影響します。

3. 流量範囲を定義する

最小、通常、最大の流量を提供します。流量が頻繁に非常に低いか、または非常に変動する場合は、選択する前にメーターの測定可能な速度範囲と再現性を確認してください。

4. 設置場所を確認する

パイプが満たされているかどうか、十分な直管があるかどうか、パイプにアクセスできるかどうか、メーターが振動、湿気、屋外条件、熱源、または電気的干渉にさらされていないかどうかを確認してください。

5. 出力と通信を選択します

産業用システムの場合は、4 ～ 20 mA、パルス出力、リレー出力、RS485、Modbus、データ ロギング、または PLC、SCADA、またはビル管理システムとの統合が必要かどうかを確認してください。コミュニケーションが重要な場合は、次のようなモデルを検討してください。RS485超音波流量計.

6. キャリブレーションが必要かどうかを決定する

校正要件は、プロセスの重要性、品質管理ルール、および精度の期待によって異なります。 NIST は、流量計の校正の不確かさには、一次標準だけでなく、流量計の再現性や顧客が用意した計装も含まれると指摘しています。-液流校正サービス情報。実際には、流量計のカタログ精度だけで流量システムを判断しないでください。設置および校正条件も重要です。

関連する内部ガイダンスについては、こちらをご覧ください。流量計を校正するためのベストプラクティス.

見積もりを依頼する前に準備する情報

実際的な推奨事項を得るには、サプライヤーに連絡する前に次の情報を準備してください。

• 液体の名前と、それがきれい、汚れている、空気を含んでいる、粘性がある、腐食性があるかどうか
• 配管外径、肉厚、材質、ライニング、配管スケジュール
• 最小、通常、最大流量
• 使用温度と圧力
• 設置タイプ: クランプ-、挿入、インライン、ポータブル、または壁掛け-
• 上流側と下流側で使用可能な直管長さ
• 出力要件: 4 ～ 20 mA、パルス、RS485、Modbus、データロギング、リレー出力
• 電源とディスプレイの要件
• 屋内、屋外、多湿、高温、振動環境
• 校正証明書や精度検証が必要かどうか

パイプと流体のデータがすでにわかっている場合は、流量計お問い合わせページ機種選定をサポートします。

避けるべきよくある間違い

• パイプサイズと価格のみで選択:流体の状態、信号品質、設置スペース、出力要件も同様に重要です。
• 大量に空気を含んだ液体の輸送時間を審査なしで使用する:{0}:過剰な気泡は、送信信号を弱める可能性があります。
• パイプがいっぱいの状態を無視する:パイプが部分的に満たされていると、通過時間の測定値の信頼性が低くなる可能性があります。{0}
• エルボ、バルブ、ポンプ、または減速機に近すぎる取り付け：乱れた流れプロファイルは再現性を低下させます。
• 不正確なパイプ データを入力すると:壁の厚さ、材質、またはライニングのデータが間違っていると、トランスデューサの間隔や流量の計算に影響を与える可能性があります。
• 準備なしで粗い表面またはコーティングされた表面に取り付ける場合:塗装の剥がれ、錆、スケール、結合不良により信号が弱くなる可能性があります。
• すべての超音波メーターが同じように機能すると仮定すると、次のようになります。通過時間とドップラー メーターは、液体測定のさまざまな問題を解決します。{0}

結論

通過時間型超音波流量計は、閉じた満杯のパイプ内での清浄または比較的清浄な液体の流量測定には強力な選択肢です。{0}これは、非侵襲的な取り付け、追加の圧力損失がないこと、およびメンテナンスの手間がかからないことが重要である場合に特に役立ちます。-

重要な決定は単に「超音波か否か」ではありません。本当の問題は、液体、パイプ、設置条件が安定した超音波伝達を可能にするかどうかです。浄水、冷水、温水、多くのプロセス液体、一時的な流量チェックには、多くの場合、トランジットタイム技術が適しています。-空気を多く含んだ液体、汚れた液体、またはスラリー状の液体の場合は、ドップラーまたは他の流量測定技術を最初に評価する必要があります。{4}}

メーターを選択する前に、液体の状態、配管パラメータ、流量範囲、設置場所、信号品質のリスク、および出力要件を確認してください。これらの詳細が明確であれば、選択プロセスはより速く、より正確になり、フィールドの読み取り値が不安定になる可能性が低くなります。