測定原理
時間差法:音波が流体中を同じ距離だけ上流側と下流側で伝播するのに時間差が生じ、この伝播時間の差は測定対象の流体の流速と関連している。この時間差を測定することで流体の流量が得られ、それに基づいて流量が算出される。
ドップラー法:音響学におけるドップラー原理に基づき、反射音波と放射音波の周波数差を検出することで、流体中の移動粒子の速度を決定し、間接的に流体の流速と流量を求める。この方法では、水中に気泡や固体粒子などの浮遊物が存在し、超音波ビームを反射する必要がある。
適用可能な流体
時間差法:原油、重油、純水、脱イオン水、化学溶剤など、純粋で不純物の少ない流体の測定に適しています。流体に多数の気泡や固体不純物が含まれている場合、超音波の正常な伝播が妨げられ、測定精度に影響します。
ドップラー法:下水、泥、油水混合物など、気泡、固体粒子、その他の不純物を含む濁った流体を測定するためによく使用され、自然水、産業廃水処理などの分野で広く使用されています。
測定精度
時間差法:精度は比較的高く、±0.5%まで可能ですが、その測定精度は信号処理電子部品の精度と音速の安定性に影響されます。
ドップラー法:測定結果は流体中の浮遊粒子や気泡の散乱信号に基づいているため、精度は一般的に時間差法よりも低く、通常は±2%程度です。これらの粒子の分布や動きは不均一である可能性があり、それが測定精度に一定の影響を与えます。
配管要件
時間差法:パイプライン内の流体の流れ状態はより厳密で、流体はより安定かつ均一である必要があり、直管部には一定の要件があり、通常、上流側の直管部の長さは直径の10倍以上、下流側の直管部の長さはパイプの直径の5倍以上である。
ドップラー法:パイプセグメントに対する要件は比較的厳しくなく、設置位置の柔軟性が高く、パイプライン内の流れパターンへの影響が少ない。
センサーの構造と設置
時間差法:通常、1組または複数組のセンサーが使用され、それぞれパイプラインの上流側と下流側に設置されます。超音波信号の伝送時間を正確に測定するためには、センサーの送受信方向がパイプライン軸に対して一定の角度を維持する必要があります。設置時には、信号伝送の安定性を確保するために、センサーの位置合わせと固定を行う必要があります。
ドップラー方式:一般的には、送受信用圧電結晶を含むシングルヘッドセンサーを使用し、パイプラインの外壁に取り付けることも、流体と直接接触するように挿入することも可能で、設置が容易で、パイプラインを損傷することもありません。
耐干渉機能
時間差法:パイプラインの振動、流体の温度や密度の変化などの要因の影響を受けやすく、パイプラインの振動はセンサーの位置ずれを引き起こし、測定精度に影響を与える可能性があり、温度や密度の変化は音速の変化を引き起こすため、測定精度を向上させるには温度補償などの対策が必要です。
ドップラー法:強力な耐干渉性を持ち、パイプラインの振動の影響を受けにくく、また、測定原理がドップラー周波数シフトに基づいているため、流体の温度と密度との関連性が小さく、複雑な動作条件下でも良好な安定性を維持できる。
測定範囲
時間差法:測定範囲が広く、低流量から高流量までの流体を測定でき、さまざまなパイプ径に適していますが、大径パイプや高流量の測定では、より高い送信電力とより複雑な信号処理技術が必要になる場合があります。
ドップラー法:一般的に低流量および中流量の流体測定に適していますが、高流量の流体の場合、ドップラー周波数シフトと流量の関係が線形ではないため、測定誤差が増加する可能性があります。
投稿日時:2024年12月9日