Berita

Anda di sini: Rumah / Berita / Informasi Transduser Ultrasonik / Penerapan Teknologi Ultrasonik dalam Pengukuran Aliran Cerdas

Penerapan Teknologi Ultrasonik dalam Pengukuran Aliran Cerdas

Dilihat: 3 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 25-05-2020 Asal: Lokasi

Menanyakan

8A)%A%UE(Y1DAXET7VZC

Karena kemajuan teknologi transduser ultrasonik, harganya lebih murah, akurat, ukurannya lebih kecil, dan dapat dibeli di mana-mana, sehingga teknologi ultrasonik telah banyak digunakan dalam pengukuran aliran. Sirkuit analog terintegrasi yang canggih memudahkan penangkapan dan pemrosesan bentuk gelombang transduser ultrasonik secara real time, sehingga memperoleh informasi TOF yang akurat. Selain itu, pengukur aliran ultrasonik lebih akurat, ukurannya lebih kecil, dan tidak memiliki bagian yang bergerak, menjadikannya pilihan yang sangat baik bagi produsen untuk mengganti pengukur aliran mekanis. Namun, produsen masih perlu memahami dengan cermat desain perpipaan serta pemasangan dan penempatan transduser untuk memastikan bahwa semua keunggulan teknologi ultrasonik dimanfaatkan sepenuhnya dalam pengukuran aliran.

Di pasar industri, chipset semikonduktor memainkan peran besar dalam transformasi peralatan mekanis menjadi peralatan elektromekanis atau elektronik murni. Setiap segmen pasar dapat dipecah menjadi banyak aplikasi, dan produsen akan merancang produk spesifik untuk setiap aplikasi.

Kemajuan teknologi dalam bidang aplikasi apa pun biasanya mencakup beberapa kemajuan kecil. Kemajuan teknologi ini bersifat terus-menerus atau terjadi secara bersamaan. Misalnya, otomatisasi aplikasi biasanya memerlukan penginderaan satu atau lebih parameter dan kemudian memprosesnya, yang pada akhirnya akan mengarah pada pengendalian dan komunikasi. Sensor berteknologi maju dapat meningkatkan beberapa spesifikasi parameter, seperti kinerja lebih tinggi, ukuran lebih kecil, konsumsi daya dan biaya lebih rendah, serta efisiensi pengoperasian keseluruhan yang lebih tinggi. Peningkatan teknologi serupa dalam pemrosesan, jenis kontrol, dan komunikasi dengan dunia luar akan semakin meningkatkan spesifikasi parameter ini.

Untuk menjadikan jaringan listrik lebih efisien, kuat dan aman, serta beradaptasi dengan kebutuhan modernisasi, upaya di bidang ini akan meningkatkan penggunaan peralatan elektronik secara signifikan, sehingga menciptakan peluang inovasi, peningkatan fungsionalitas, dan pengurangan ukuran dan biaya. Gerakan hemat energi memerlukan integrasi jaringan listrik tradisional dan jaringan listrik terdistribusi untuk membentuk jaringan listrik yang saling berhubungan. Meter pintar adalah bagian tak terpisahkan dari bidang tenaga dan energi. Nilai semikonduktor global dari segmen ini lebih dari 2 miliar dolar AS per tahun. Meter pintar dibagi lagi menjadi meter listrik, meter air, meter gas, dan meter pemanas.

Teknologi USG atau USG telah digunakan di beberapa bidang sipil, medis, dan militer selama lebih dari 100 tahun. Hampir semua orang akan menggunakan teknologi USG medis seumur hidupnya. Namun penerapan terbarunya adalah realisasi otomasi di bidang industri dan otomotif. Kami terkejut melihat bahwa teknologi ini telah diterapkan dalam serangkaian aplikasi yang sangat beragam. Karakteristik teknologi ultrasonik yang non-invasif (non-korosif) dan non-kontak menjadikannya ideal untuk aplikasi medis, farmasi, militer, dan pabrik.

Di pasar industri dan otomotif, teknologi ultrasonik dapat ditemukan untuk pengukuran jarak, deteksi hunian, deteksi ketinggian, analisis komposisi, pengukuran laju aliran, bantuan parkir, bantuan pendaratan, dan bantuan pembukaan bagasi. Sensor ultrasonik, juga dikenal sebagai transduser ultrasonik, dapat beroperasi di luar frekuensi yang tidak dapat didengar manusia, dan frekuensi pengoperasiannya berkisar dari 20 kHz hingga beberapa megahertz.

Kebanyakan transduser ultrasonik terbuat dari bahan piezoelektrik, dan ketika pulsa listrik diterapkan, getaran mekanis atau gelombang ultrasonik dihasilkan. Beberapa transduser juga dapat mengubah getaran mekanis kembali menjadi energi listrik. Transduser secara kasar dibagi menjadi tiga jenis:

• Pemancar mengubah sinyal listrik menjadi USG.
• Penerima mengubah gelombang ultrasonik menjadi sinyal listrik.
• Transceiver dapat mengirim dan menerima gelombang ultrasonik.

Setelah memproses sinyal listrik yang diterima, Anda bisa mendapatkan beberapa komponen relevan yang cocok untuk aplikasi industri atau otomotif. Salah satu komponen yang paling umum dan penting adalah waktu penerbangan ultrasonik (TOF), yang mengacu pada perkiraan waktu pulang pergi gelombang ultrasonik yang dipancarkan dari transduser flowmeter ultrasonik untuk pengukuran aliran ke objek target dan kemudian dipantulkan kembali dari objek ke sensor. Ini adalah prinsip dasar penggunaan teknologi ultrasonik pada meteran pintar untuk mengukur aliran air, gas atau pemanas (baik intrusif atau non-intrusif), dan menyajikan data konsumsi kepada konsumen untuk memudahkan penagihan.

Pengukuran aliran adalah kuantifikasi aliran cairan atau gas (volume atau kecepatan). Satuan ukurannya mirip dengan liter/menit (atau detik atau jam) atau meter persegi/detik. Kisaran flowmeters relatif luas, dari instrumen umum sederhana untuk keperluan rumah tangga (gas/air/pemanas) hingga instrumen industri atau pencampur untuk cairan atau gas berbahaya (minyak, pertambangan, pengolahan air limbah, cat dan bahan kimia, dll.). Secara struktural, flowmeter mencakup unit sensor, unit pengukuran, dan unit kontrol/komunikasi, yang masing-masing dapat dibagi lagi menjadi mekanis atau elektronik. Gambar 1 membandingkan berbagai jenis teknologi penginderaan flowmeter yang membentuk unit sensor. Pengukur aliran ultrasonik memiliki beberapa keunggulan.

EDEAK%%5UK`KPNUW`J96

Gambar 1: Perbandingan metode penginderaan aliran cairan atau gas

Transduser flowmeter ultrasonik menggunakan TOF atau ultrasonik yang mengukur aliran dengan menghitung perbedaan waktu (penundaan propagasi) sinyal ultrasonik yang dikirim dan diterima. Untuk menerapkannya pada pengukuran aliran, perancang menggunakan sepasang transduser tipe transceiver yang identik untuk merangsangnya masing-masing ke arah hulu dan hilir. Jika merambat pada arah yang sesuai dengan aliran fluida, gelombang ultrasonik merambat lebih cepat, sedangkan pada arah yang berlawanan dengan aliran fluida, gelombang ultrasonik merambat lebih lambat. Oleh karena itu, setidaknya diperlukan satu pasang transduser, tetapi beberapa topologi menggunakan lebih banyak transduser.

Gambar 2 menunjukkan konsep khas deteksi aliran ultrasonik, dan penempatan transduser di dalam pipa dapat dipilih. Pilihan sensor ultrasonik tergantung pada jenis media yang memerlukan pengukuran laju aliran. Umumnya penginderaan cairan menggunakan sensor dengan frekuensi spektrum lebih tinggi (> 1 MHz), sedangkan media gas menggunakan sensor dengan frekuensi lebih rendah (<500 kHz). Selain itu, teknologi ultrasonik yang digunakan untuk pengukuran aliran memerlukan jalur langsung antara dua transduser, sehingga memerlukan desain konstruksi mekanis yang cermat pada pipa fluida yang menampung transduser. Teknologi ultrasonik tidak berfungsi jika terdapat gelembung, karena gelembung dapat menyebabkan pelemahan sinyal ultrasonik secara signifikan.

9_1I36W767W1IRCUDRY7

Gambar 2: Contoh topologi umum untuk penginderaan ultrasonik pengukur aliran dan lokasi pemasangan di pipa
Gambar 3 menunjukkan desain perpipaan umum dengan transduser ditempatkan di bagian bawah dan bahan reflektif untuk memastikan bahwa sinyal ultrasonik dapat merambat antar transduser (XDCR1 dan XDCR2 pada gambar).

47`VLSVROISLG_BS

Gambar 3: Tabung aliran universal dengan sepasang transduser terpasang

Dimana Δt adalah TOF, c adalah kecepatan rambat sinyal ultrasonik pada medium di dalam pipa, v adalah kecepatan aliran, L adalah panjang rambat pipa, T12 adalah waktu rambat di hulu, dan T21 adalah waktu rambat di hilir. Ada beberapa cara untuk menentukan informasi TOF, tetapi semua metode harus dapat memproses keluaran transduser. Gambar 4 menunjukkan keluaran yang khas.

U1E0TJT_M4TFX(_J(J

Gambar 4: Respon khas transduser ultrasonik ketika tereksitasi secara listrik
Pemrosesan bentuk gelombang ini memberikan informasi yang diperlukan untuk menyelesaikan persamaan 1 dan 2. Ada beberapa cara untuk memproses bentuk gelombang, termasuk konversi waktu ke digital (TDC), deteksi zero-crossing, dan penangkapan bentuk gelombang. Masing-masing metode mempunyai kelebihan dan kekurangan.

Vendor chip menggunakan berbagai arsitektur untuk memecahkan masalah pengukuran aliran ultrasonik. Beberapa produsen menggunakan komponen analog diskrit, diikuti oleh prosesor digital. Pabrikan lain telah mencoba mengintegrasikan komponen analog ke dalam prosesor digital untuk membentuk solusi chip tunggal. Dalam metode penangkapan gelombang, rangkaian analog cepat digunakan untuk menangkap seluruh sinyal ultrasonik, kemudian konverter analog-ke-digital digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital, dan kemudian algoritma pemrosesan sinyal digital dapat memperoleh informasi TOF.

Vendor chip menggunakan berbagai arsitektur untuk memecahkan masalah pengukuran aliran ultrasonik. Beberapa produsen menggunakan komponen analog diskrit transduser ultrasonik 100KHz, diikuti oleh prosesor digital. Pabrikan lain telah mencoba mengintegrasikan komponen analog ke dalam prosesor digital untuk membentuk solusi chip tunggal. Dalam metode penangkapan gelombang, rangkaian analog cepat digunakan untuk menangkap seluruh sinyal ultrasonik, kemudian konverter analog-ke-digital digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital, dan kemudian algoritma pemrosesan sinyal digital dapat memperoleh informasi TOF.

Karena kemajuan teknis transduser ultrasonik, menjadikannya lebih murah, lebih akurat, ukurannya lebih kecil, dan ada di mana-mana, teknologi ultrasonik telah banyak digunakan dalam pengukuran aliran. Sirkuit analog terintegrasi yang canggih memudahkan penangkapan dan pemrosesan bentuk gelombang transduser ultrasonik secara real time, sehingga memperoleh informasi TOF yang akurat. Selain itu, pengukur aliran ultrasonik lebih akurat, ukurannya lebih kecil, dan tidak memiliki bagian yang bergerak, menjadikannya pilihan yang sangat baik bagi produsen untuk mengganti pengukur aliran mekanis. Namun, produsen masih perlu memahami dengan cermat desain perpipaan serta pemasangan dan penempatan transduser untuk memastikan bahwa semua keunggulan teknologi ultrasonik dimanfaatkan sepenuhnya dalam pengukuran aliran.