{{{sourceTextContent.title}}}

Come verificare la precisione di un misuratore di portata a ultrasuoni sul campo

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Metodi pratici in assenza di un impianto standard di taratura della portata

{{{sourceTextContent.description}}}

Dopo aver installato un misuratore di portata, i tecnici sul campo si trovano spesso di fronte a una domanda importante: quanto sono precise e affidabili le sue letture?

Un rapporto di taratura di fabbrica fornisce prove delle prestazioni di misura dello strumento in condizioni di taratura specificate. Tuttavia, le condizioni effettive sul campo possono differire da quelle di laboratorio. Fattori quali il materiale e le dimensioni del tubo, le condizioni del fluido, il profilo di flusso e l’ambiente di installazione possono tutti influire sulle prestazioni di misura. Ciò è particolarmente rilevante per i misuratori di portata a ultrasuoni di tipo clamp-on, in cui l’accoppiamento del trasduttore, la configurazione dei parametri del tubo e la qualità del segnale ultrasonico possono influenzare i risultati finali della misura.

Quindi, come possono gli ingegneri determinare se un misuratore di portata funziona correttamente e se le sue letture sono affidabili quando non è disponibile una struttura standard di taratura della portata? Per la verifica sul campo si possono utilizzare diversi metodi pratici, tra cui controlli a portata zero, raccolta volumetrica, misurazione gravimetrica e confronto con un misuratore di portata di riferimento.

È importante notare che i metodi discussi in questo articolo sono destinati al confronto sul campo e alla verifica operativa. Essi aiutano a valutare le prestazioni di misura in specifiche condizioni operative, ma non costituiscono, di per sé, una calibrazione metrologica o una verifica legale, né sostituiscono la calibrazione effettuata utilizzando un impianto di flusso standard tracciabile.

1. Perché è necessaria la verifica sul campo?

La taratura in laboratorio viene tipicamente condotta in condizioni controllate di portata, tubazioni e installazione. I sistemi di tubazioni in loco negli ambienti industriali, tuttavia, sono spesso molto più complessi. Il funzionamento a lungo termine può causare incrostazioni sulla parete interna del tubo; il fluido può contenere bolle di gas; e i punti di misura situati vicino alle uscite delle pompe o ai gomiti possono generare forti turbolenze. Tutti questi fattori possono interferire con la misurazione ultrasonica della portata.

Pertanto, effettuare una verifica in loco dopo l’installazione iniziale del sensore è una misura pratica per garantire l’affidabilità della misurazione. La verifica conferma se il misuratore funziona normalmente e aiuta a determinare se la posizione di installazione è appropriata. Se il risultato del confronto rientra in un intervallo accettabile, fornisce un riferimento per il successivo utilizzo in produzione.

2. Controllo della portata zero: verifica dello stato operativo di base del misuratore

Si tratta del controllo più rapido da effettuare dopo l’installazione e serve a confermare lo stato operativo di base del sensore. I prerequisiti sono: il tubo deve essere pieno di liquido, le valvole di isolamento a monte e a valle del sensore devono essere chiuse e devono essere escluse perdite interne attraverso le valvole. Attendere il tempo necessario affinché il fluido si stabilizzi completamente. Per i sensori a morsetto, verificare che i trasduttori siano ben accoppiati alla parete del tubo. Per i sensori in linea, verificare che il tubo sia pieno di fluido e che non vi siano bolle d’aria nel percorso acustico.

In queste condizioni, osservare la lettura istantanea. In circostanze normali, la lettura della portata dovrebbe essere pari a zero o a un valore molto piccolo e stabile. Se è presente un offset fisso, non concludere immediatamente che il sensore sia difettoso. Un piccolo offset dello zero è comune per i misuratori di portata a ultrasuoni a tempo di transito in condizioni di installazione sul campo, spesso causato da ritardi nei circuiti elettronici o da differenze nell’installazione dei trasduttori. In questo caso, eseguire innanzitutto la funzione di taratura dello zero del misuratore. Dopo la taratura, la lettura istantanea dovrebbe rientrare nell’intervallo di zero ammissibile definito dalle specifiche di precisione del misuratore.

Se dopo la taratura dello zero permangono uno scostamento significativo, una deriva continua o una forte fluttuazione, è necessario approfondire l’analisi. Tra le cause tipiche figurano: la posizione del punto di misura troppo vicina a pompe, valvole o curve; la presenza di bolle d’aria nel percorso acustico; le vibrazioni delle tubazioni; o le interferenze di segnale.

3. Metodi volumetrici e gravimetrici: confronto con la quantità effettivamente raccolta
I metodi volumetrici e gravimetrici sono approcci di verifica sul campo di semplice applicazione. Sono particolarmente adatti per linee di liquido a bassa portata in cui è possibile una raccolta sicura del liquido. Il principio di base è il seguente: in un periodo di tempo definito, raccogliere il liquido che scorre attraverso la tubazione, misurare il volume o la massa raccolta, calcolare la portata effettiva e confrontarla con il valore totalizzato visualizzato dal misuratore di portata.

3.1 Procedura del metodo volumetrico

① Preparare un contenitore di raccolta di volume noto.
② Indirizzare l’uscita a valle della provetta nel contenitore, assicurando la raccolta completa.
③ Registrare la lettura totalizzata del misuratore di portata all’inizio della prova.
④ Raccogliere il liquido per un determinato periodo di tempo e registrare con precisione la durata della prova.
⑤ Al termine della prova, leggere il valore totalizzato del misuratore di portata e misurare il volume effettivo di liquido raccolto.
⑥ Confrontare i due valori e calcolare la deviazione di misura.

3.2 Procedura del metodo gravimetrico

Il metodo gravimetrico segue lo stesso principio del metodo volumetrico, ma utilizza una bilancia elettronica per misurare la massa del liquido raccolto. Il volume viene quindi calcolato dividendo la massa netta per la densità del fluido.

Formula di calcolo: V = m / ρ
V = volume del liquido raccolto
m = massa netta del liquido raccolto
ρ = densità del fluido alla temperatura di prova e alle condizioni di pressione pertinenti
Questo metodo è particolarmente adatto ai tubi a bassa portata. Ad esempio, i nostri sensori a morsetto comunemente utilizzati, come le serie CS e CPD, nonché i sensori in linea come la serie TGU, possono essere facilmente verificati utilizzando il metodo gravimetrico in applicazioni idonee. I prerequisiti sono: il fluido deve essere pulito, senza eccessive bolle d’aria; il contenitore di raccolta deve essere sufficientemente capiente per evitare errori cumulativi dovuti a sostituzioni a metà prova; le condizioni di processo devono essere mantenute stabili durante il cronometraggio e la registrazione dei dati, evitando frequenti regolazioni delle valvole.

Nota: i tubi che trasportano fluidi sotto pressione, tossici o altamente corrosivi non devono essere aperti per la deviazione del liquido senza autorizzazione. In tali casi sono preferibili altri metodi di confronto e devono essere sempre rispettate le norme di sicurezza di processo del sito.

4. Confronto con un misuratore di portata di riferimento sulla stessa sezione di tubazione: verifica incrociata con un misuratore indipendente

Se in loco non è possibile effettuare prove di raccolta del liquido, un’alternativa è il confronto con un misuratore di portata di riferimento. In questo metodo, un misuratore di portata di riferimento calibrato e correttamente funzionante viene installato sulla stessa sezione di tubazione del misuratore sottoposto a prova. Le letture dei due misuratori vengono quindi confrontate per valutare la coerenza del misuratore sottoposto a prova.

Per i misuratori di portata a ultrasuoni a fissaggio esterno, questo metodo offre un vantaggio pratico: i trasduttori di riferimento possono essere montati direttamente sulla parete esterna del tubo senza tagliare la tubazione né interrompere la produzione. È adatto per un confronto temporaneo in luoghi in cui le condizioni di installazione sono adeguate.

Entrambi i punti di misura devono soddisfare indipendentemente i requisiti di tratto rettilineo previsti per i misuratori di portata a ultrasuoni. I trasduttori devono essere posizionati in punti distinti lungo lo stesso tubo, senza essere fissati nello stesso punto, per evitare interferenze nel campo di flusso tra i due sensori.

Questo approccio non interrompe la produzione, è rapido da implementare e presenta costi contenuti. È utile per individuare rapidamente le anomalie di portata. Tuttavia, presenta anche dei limiti: ogni strumento ha una propria incertezza di misura intrinseca. Valori di lettura simili tra due misuratori indicano solo che le loro tendenze di misura sono coerenti; non dimostrano direttamente che il valore misurato corrisponda alla portata reale. Esiste inoltre la possibilità che entrambi i misuratori presentino uno scostamento comune.

Inoltre, in presenza di pulsazioni di flusso o di rapide variazioni di portata, la variazione di flusso impiega del tempo per propagarsi dal misuratore a monte a quello a valle. Anche la velocità di risposta, il tempo di filtraggio e la frequenza di aggiornamento dei dati dei due strumenti possono differire. Per questo motivo, il confronto della portata media o dei valori totalizzati in condizioni stabili è generalmente più significativo rispetto al confronto diretto delle letture istantanee.

In assenza di una struttura standard di taratura della portata disponibile in loco, i tecnici sul campo possono comunque eseguire un controllo preliminare di un misuratore di portata a ultrasuoni utilizzando diversi metodi pratici. Allo stesso tempo, nella valutazione complessiva dovrebbero essere presi in considerazione fattori quali i parametri delle tubazioni, l’accoppiamento del trasduttore, le condizioni del tratto rettilineo e la qualità del segnale.