Akustyczne fale powierzchniowe (Surface Acoustic Waves, SAW)
Klienci firmy Bürkert korzystają z technologii SAW do pomiaru natężenia przepływu cieczy metodą Inline za pomocą innowacyjnego i sprawdzonego w praktyce przepływomierza typu 8098 FLOWave. W niniejszym artykule o charakterze słowniczka zawarte są szczegółowe informacje na temat podstaw technologii SAW, zasad pomiaru, korzyści i zalet, a ponadto podane są przykłady, w których technologia ta jest od lat skutecznie stosowana.
Najważniejsze informacje
Skrót „SAW” oznacza „Surface Acoustic Waves” (po polsku: „Akustyczne fale powierzchniowe”). Jak sama nazwa mówi, są to więc fale rozchodzące się wzdłuż powierzchni. Sposób rozchodzenia się fal jest porównywalny z rozchodzeniem się fal podczas aktywności sejsmicznej, takiej jak trzęsienie ziemi.
Przy użyciu technologii SAW te fale powierzchniowe mogą być sztucznie generowane w zminiaturyzowanej formie. W przypadku przepływomierza FLOWave te fale powierzchniowe rozchodzą się wzdłuż rury pomiarowej czujnika, dzięki czemu można wykorzystywać te akustyczne fale powierzchniowe do pomiaru natężenia przepływu cieczy. Firma Bürkert opatentowała zastosowanie technologii SAW do pomiaru natężenia przepływu.
Objaśnienie pomiaru metodą SAW
Fale powierzchniowe są generowane przez tak zwane przetworniki międzypalczaste (znane również jako interdigital transducer – IDT). Są one umieszczane w określonych strefach rury pomiarowej FLOWave. Emitowany impuls elektryczny o częstotliwości w zakresie 1 MHz aktywuje IDT, w wyniku czego generowane są SAW.
Rozpoczynając od utworzonego w ten sposób początkowego centrum wzbudzenia, czoło fali rozchodzi się wzdłuż powierzchni rury i poprzez medium. Ponadto czoło fali jest „odbijane” przez rurę pomiarową, co sprawia, że przechodzi kilka razy przez medium w rurze.
Szczegółowy opis procesu jest pokazany na filmie
Określanie wartości pomiarowych
Różnica czasu między czasem propagacji sygnału pomiarowego w kierunku do przodu i do tyłu przepływającej cieczy jest proporcjonalna do natężenia przepływu. Na podstawie tych zmierzonych wartości możliwe jest obliczenie natężenia przepływu. Pomiar temperatury odbywa się za pomocą zintegrowanego cyfrowego czujnika temperatury.
Na podstawie w ten sposób określonych parametrów: temperatury, gęstości, natężenia przepływu i przepływu objętościowego można również wyznaczyć przepływ masowy.
Inne, wywodzące się z wartości procesowych funkcje specjalne (czynnik różnicujący, współczynnik transmisji akustycznej, stężenie określonych mieszanin) dostarczają dodatkowych informacji o danej cieczy, umożliwiając np. wykrywanie pęcherzyków gazu lub części stałych, a także wykrywanie zmian mediów.
Korzyści
Zastosowanie technologii SAW niesie ze sobą wiele korzyści w przemysłowym pomiarze natężenia przepływu cieczy:
Tylko jedna rura (stal szlachetna 316L / 1.4435)
- Brak użycia innych części mających kontakt z medium
- Bezdotykowy i higieniczny pomiar
- Brak ruchomych części – rozwiązanie w 100% bez zużycia
- Brak zwężeń, brak spadków ciśnienia / utraty ciśnienia
Pomiar wieloparametrowy
- Pojedyncze urządzenie do wyznaczania wielu parametrów
- Mniejszy nakład pracy związany z zarządzaniem urządzeniami/zasobami
- Monitorowanie bez luk
- Funkcje specjalne do wykrywania pęcherzyków gazu, części stałych lub zmian medium
Solidne rozwiązanie odpowiednie do zastosowań przemysłowych
- Zakłócenia spowodowane wibracjami systemowymi są wyeliminowane dzięki wysokiej częstotliwości wzbudzenia w zakresie 1 MHz
- Brak wpływu efektów magnetycznych lub elektrycznych na wyniki pomiaru
- Pomiar jest niezależny od przewodności medium, dlatego jest możliwy nawet przy braku przewodności lub przy niskiej przewodności
Kompaktowa i lekka konstrukcja
- Zmniejszenie wymaganej przestrzeni umożliwia zmniejszenie wymiarów maszyn i systemów
- Łatwa instalacja i rozruch
- Nie są wymagane żadne dodatkowe uchwyty/wsporniki ani wzmocnienia
- Minimalny nakład pracy związany z konserwacją, np. przy zalecanych odstępach czasu między serwisami
Przykłady zastosowań
Technologia SAW jest szczególnie często stosowana w środowiskach o wysokich wymaganiach pod względem higieny w sektorach farmaceutycznym i biotechnologicznym oraz spożywczym i napojów. Setki klientów już od lat polega na innowacyjnym pomiarze natężenia przepływu przy użyciu FLOWave – czy to na przykład w celu zapewnienia odpowiedniej jakości produktów farmaceutycznych, wykrywania zmian medium, do pomiaru przepływu w obwodach WFI lub do dozowania oleju spożywczego.
Więcej informacji i przykłady skutecznie wdrożonych projektów FLOWave przez wiodące innowacyjne przedsiębiorstwa z branż farmaceutycznej i spożywczej można znaleźć na poniższej stronie internetowej.