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Princípio do sistema de medidor de fluxo de ultra-som industrial:

O medidor de fluxo ultrasônico é um medidor de fluxo volumétrico usado para medir o fluxo de líquido, gás ou vapor. Eles são frequentemente usados ​​nas indústrias de petróleo e gás, farmacêutica e alimentos e bebidas. Os medidores de fluxo usam o tempo de voo ou a tecnologia Doppler para medir o fluxo.

O medidor de fluxo que usa o princípio do tempo de voo tem um par ou mais de sensores. Medir o tempo de emissão do ultra-som em ambas as direções permite o cálculo do fluxo. Essa técnica geralmente requer um meio relativamente puro e a quantidade de partículas deve ser inferior a 5%. Pode alcançar uma precisão superior a 1%.

Quando o método Doppler é usado, as ondas de pressão ultrasónicas são refletidas pelas partículas em movimento no fluido. A velocidade dessas partículas produz um deslocamento de Doppler no sinal de eco, o que permite determinar o fluxo. Em aplicações práticas, a precisão deste método de medição geralmente não excede 3%.

O medidor de fluxo ultrasônico inclui alimentação, estimulação de sensores, regulamento de sinal, adaptador modular, processador, tela, teclado e várias opções de comunicação (como 4 mA a 20 mA, HART, RS-485, sem fio, etc.).

Considerações de design de sistemas de medição de fluxo de ultra-som industriais e principais desafios:

Este guia de solução concentra-se em medidores de fluxo ultrasônicos baseados no princípio do tempo de voo. A cadeia de sinal abaixo é ideal para aplicações que exigem alto desempenho, especialmente com vários pares de sensores. Além da necessidade de maior precisão de medição, esses projetos muitas vezes têm restrições espaciais bastante rigorosas.

O medidor de fluxo de ultra-som líquido normalmente usa uma frequência de ultra-som de 1 MHz. A precisão do sistema está diretamente relacionada com a precisão das medições de tempo de voo upstream e downstream. Portanto, os FPGAs são geralmente usados ​​para controlar a sequência de transmissão e recepção de pulsos. Além disso, qualquer possível desvio no atraso do caminho de transmissão e recepção de sinais deve ser levado a sério.

Outro aspecto importante é que a cadeia de sinais de recepção requer um alto ganho. Este ganho requer ajustabilidade dinâmica para se adaptar a diferentes condições de fluxo e tamanhos de tubulação, com uma faixa típica de 60 dB ou superior, o que requer um caminho de cadeia de recepção com baixo ruído.

O estímulo do sensor pode ser ligado/desligado ou um gerador de forma de onda. Os geradores de formas de onda geralmente aumentam custos e complexidade, mas os usuários podem controlar melhor o sinal de saída para projetos de medidor de fluxo mais precisos e robustos.

O processamento de sinais requer uma grande quantidade de filtragem e análise FFT para determinar o horário preciso do sinal recebido, o que pode ser feito com um processador DSP que também suporta os protocolos de interface necessários.