Pomiary przepływu w instalacjach (7). Diagnostyka miejscowa

Pomiar natężenia przepływu ścieków w grawitacyjnych kanałach o częściowym wypełnieniu realizowany za pomocą przepływomierzy ultradźwiękowych jest eleganckim i niskonakładowym rozwiązaniem zadania pomiarowego. Nie jest wymagane budowanie dodatkowych komór pomiarowych, ani prace budowlane na samym kanale w dużym zakresie. Jak wspomniano już w poprzednich odcinkach, niezbędne jest jednak staranne zaplanowanie miejsca pomiarowego, szczególnie pod względem jakości warunków hydraulicznych, oraz staranny montaż czujników i kabli, które pracują zanurzone w ściekach. W praktyce, czyli po zamontowaniu i uruchomieniu systemu pomiarowego, wszystkie przeoczone aspekty mogą „się zemścić” i skutkować np. brakiem wskazań na wyświetlaczu, niestabilną lub niepoprawną wartością pomiarową.

Poniżej opisane zostaną najczęściej występujące problemy oraz zintegrowane z urządzeniami narzędzia diagnostyczne służące do oceny funkcjonowania samego systemu pomiarowego bądź miejsca pomiarowego. Część tych zagadnień opisano szczegółowo w odcinku dotyczącym montażu urządzeń („MI” 9/2008), więc tu zostaną tylko ponownie pokrótce wspomniane.

Widzę ciemność…
Pierwsze problemy mogą pojawić się już przy podłączeniu zamontowanego systemu pomiarowego do zasilania. Gdy na wyświetlaczu nie pojawia się żaden obraz, wyświetlacz jest czarny lub migający, przed rozwiązaniem ostatecznym, czyli przed zdemontowaniem przetwornika i odesłaniem go do producenta, należy sprawdzić, czy problem nie leży po stronie zasilania. Warto upewnić się, czy parametry zasilania są zgodne z wymaganiami producenta, sprawdzić napięcie zasilające oraz porównać rodzaj zasilania (AC lub DC) z typem przetwornika.

Niepoprawna wartość pomiarowa
Gdy wskazywana wartość pomiarowa ma niewiele wspólnego z rzeczywistością, należy najpierw wykluczyć błędy zasadnicze, popełnione np. przy programowaniu geometrii miejsca pomiarowego, samych wymiarów kanału (uwaga na jednostki!), typu czujników oraz ich wysokości montażowych. Kolejne czynności to sprawdzenie poprawności połączeń czujników, prowadzenia kabli i podłączeń na zaciskach przetworników. Należy wykluczyć występowanie zwarć i niedopuszczalnych oporów przejścia lub brak rozdzielenia galwanicznego. Jeśli kable czujnika były przedłużane, konieczne jest sprawdzenie jakości wykonania takiego przedłużenia oraz rodzaju kabla użytego do przedłużenia. Ważnym punktem jest poprawne wykonanie uziemienia i właściwa ochrona przeciwprzepięciowa.

Przyczyna błędnych wskazań może leżeć również w programowaniu – wtedy należy sprawdzić zadany zakres pomiaru i rozpiętość wartości pomiarowych.

Poprawność wskazań ultradźwiękowych czujników wypełnienia mierzących poziom ścieków bezkontaktowo (od góry, przez powietrze) można ocenić dzięki graficznemu przedstawieniu profilu echa w przetworniku (rys. 1). Profil ten pozwala na ocenę sygnału echa w mierzonej ścieżce akustycznej. W idealnej sytuacji pierwszy z sygnałów (odbicie od granicy woda/powietrze) jest wąski, stromy i wysoki, a wszystkie kolejne sygnały, spowodowane np. przez podwójne i wielokrotne odbicia od granicy woda/powietrze oraz woda/ścianka kanału są dużo mniejsze i szersze. Jeśli kolejne sygnały są wyraźne, może świadczyć to o tym, iż czujnik nie „patrzy” dokładnie w dół, a wysyłany przez niego sygnał nie powraca do niego bezpośrednio po odbiciu, lecz dopiero po paru odbiciach, np. od ścianek rurociągu. W takim przypadku należy poprawić pozycjonowanie czujnika.

Czujniki ultradźwiękowe (zarówno wypełnienia, jak i prędkości) mają zintegrowany z nimi czujnik temperatury do kompensacji wpływu temperatury na prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej. Czujniki wypełnienia mierzące przez powietrze od góry wskazują temperaturę powietrza, a czujniki prędkości montowane w medium wskazują temperaturę ścieków. Pomiar tych temperatur jest możliwy tylko po podłączeniu tych czujników do odpowiednich przetworników. Brak wartości temperatury wskazuje na uszkodzenie kabla, spięcie lub niewłaściwe podłączenie na zaciskach.

Pomiar niestabilny
Przyczyną niestabilnej wartości pomiarowej są najczęściej złe warunki hydrauliczne („MI” 2/2008). W zależności od zastosowanej metody pomiaru istnieją różne możliwości sprawdzenia poprawności pomiaru.

Gdy prędkość mierzona jest za pomocą metody korelacji krzyżowej (porównywanie cyfrowych wzorów ech), wyznaczany jest pionowy profil prędkości w mierzonej ścieżce akustycznej (patrz „MI” 7-8 (119-120), lipiec-sierpień 2008). Graficzne przedstawienie tego profilu umożliwia ocenę panujących warunków przepływu w wybranym miejscu pomiaru. Profil prędkości przepływu powinien być ukształtowany równomiernie i nie powinien wykazywać żadnych wyraźnych zapadnięć. Gdy warunki hydrauliczne są niekorzystne, należy zmienić pozycję montażu prędkości przepływu, a w najgorszym przypadku zmienić lokalizację miejsca pomiarowego.

Możliwe jest również przestawienie tabelaryczne prędkości na różnych głębokościach strugi ścieku, na których podstawie tworzony jest wykres profilu prędkości (rys. 3).

Gdy w którymś z okien pomiarowych ukaże się znak „——„ oznacza to, że w tym oknie nie mogła zostać wyznaczona prędkość przepływu. Może to być spowodowane przez brak cząstek odbijających cząstek (bardzo czyste medium) lub przez turbulencję akurat na tej wysokości. Efekt ten można obserwować również przy niewielkich wypełnieniach, wtedy jest spowodowany przez automatyczną redukcję ilości okien pomiarowych. Z fizycznego punktu widzenia nie jest niezbędne wyznaczanie dużej ilości okien pomiarowych. Brak pomiaru prędkości w pojedynczych oknach nie ma znaczącego wpływu na jakość pomiaru. Gdy prędkość nie jest mierzona w więcej niż 50% okien, należy koniecznie poszukać przyczyny tego stanu (wyjątek: niskie wypełnienia).

Gdy prędkość przepływu mierzona jest w oparciu o efekt Dopplera („MI” 5/2008), narzędziem pomocniczym do oceny hydraulicznych warunków przepływu jest histogram frekwencji (rys. 4). Pokazuje on rozkład powracających częstotliwości Dopplerowskich. Każdy słupek (peak) przestawia jedną grupę częstotliwości. Jakość pomiaru wyrażana w procentach obliczana jest ze stosunku częstotliwości opracowanych do całego spektrum mierzonych prędkości. Im wyższa jest wartość parametru jakości, tym bardziej można polegać na dokładności wyświetlonej wartości pomiarowej prędkości przepływu. Dla oceny jakości sygnału nie ma żadnej wartości granicznej, ponieważ oprócz niej należy wziąć pod uwagę formę rozkładu częstotliwości. Rozkład częstotliwości jest dla oceny miejsca pomiarowego ważniejszy niż jakość sygnału. Na ilustracji przedstawiono przykład „dobrego” rozkładu prędkości, gdy zakres powracających frekwencji jest niewielki, a przedstawienie graficzne to wąska grupa słupków o wyraźnie określonej dominującej frekwencji. Możliwe są przypadki, że mimo relatywnie dobrej jakości sygnału, prędkość przepływu nie będzie obliczona dokładnie ze względu na zły rozkład grup częstotliwości. W takim przypadku należy zmienić miejsce montażu czujnika.

Omówione powyżej problemy należą do najczęściej spotykanych w praktyce pomiarowej. Dodatkowe kwestie pojawiają się, gdy przepływomierz pełni również rolę regulatora bądź z jego wyjść wyprowadzane są sygnały do nadrzędnych systemów sterowania. Te zagadnienia są trudne do opisania w skrócie, gdyż każde z nich może mieć wiele przyczyn i wymaga również znajomości systemów, do których przepływomierz jest podłączany.

W kolejnym odcinku omówione zostaną rodzaje danych pomiarowych, które uzyskiwane są za pomocą przepływomierzy do ścieków, oraz podstawowe sposoby ich opracowywania.

dr inż. Renata Woźniak
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Rys. 1. Profil echa czujnika wypełnienia.

Rys. 2. Profil prędkości przepływu.

Rys. 3. Wartości lokalnych prędkości na różnych głębokościach strugi.

Rys. 4. Histogram powracających frekwencji Dopplerowskich.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij