Az ultrahangos és mechanikus áramlásmérők azokban a szempontokban különböznek, amelyek meghatározzák, hogy egy mérőműszer mennyire képes helytállni egy gazdaságban: hosszú távon megőrzött pontosság, a mérhető áramlási tartomány, a vezetékben okozott nyomásveszteség, valamint az, hogy egyetlen műszer hányféle folyadék kezelésére alkalmas. Az ultrahangos tranzitidő-mérő azért őrzi meg a mérési eredményt, mert nincs benne kopó alkatrész. A turbina-, járókerék- vagy térfogat-kiszorításos mérők pontossága csökken, ahogy mozgó alkatrészeik elszennyeződnek, és mindegyik egyetlen tiszta folyadékhoz van kalibrálva.

Az ultrahangos áramlásmérők a mechanikus (turbina-, járókerék- és térfogat-kiszorításos) mérőknél jobban teljesítenek a mezőgazdaságban, mert nincs a folyadékban kopó rotorjuk, újrakalibrálás nélkül megőrzik kalibrálásukat tiszta víz, műtrágya, növényvédő szer, hígtrágya, AdBlue és tej esetén, a hangsebesség-csatorna segítségével relatív koncentrációt mérnek, továbbá érzékelik a venturi levegőbeszívását, amelyet egy mechanikus mérő kész adagként rögzítene.

A mezőgazdasági folyadékok sokféleségének háttere

A modern gazdaságok tiszta vizet, műtrágyaoldatot, növényvédőszer-koncentrátumot, hígtrágyát, AdBlue-t, hidraulikafolyadékot, tejet, biogáz-kondenzátumot és komposztcsurgalékot kezelnek. A mechanikus mérőket szabályozott környezetben használt, tiszta és stabil folyadékokhoz tervezték.

A „mechanikus” nem egyetlen műszert jelent. Ide tartozik a turbinás mérő, amelyben az áramlás által forgatott rotor fordulatszámát sebességként olvassák le; a járókerekes vagy lapátkerekes mérő, amelynek részleges rotorja az áramlás szélébe merül; valamint a térfogat-kiszorításos mérő, amely a mozgó kamrákon áthaladó, rögzített folyadéktérfogatokat számolja. Mindhárom esetében a rotor vagy más mozgó elem folyamatosan érintkezik a folyadékkal, és mindhárom korlátozott mérési tartományban működik. Ez a legnagyobb és legkisebb pontosan mérhető áramlás közötti tartomány, amelyet például 100:1 aránnyal adnak meg. E tartomány alatt a mérők már nem tudják felbontani a kis áramlásokat — pontosan ott, ahol a lassú adagolás és a kisebb szivárgások jelentkeznek.

• Tranzitidő-elven működő ultrahangos áramlásmérő: Olyan mérő, amely a folyadékkal azonos és azzal ellentétes irányban küldött nagyfrekvenciás hangimpulzusok időzítése alapján számítja ki az áramlást; a tranzitidő-különbség arányos az áramlási sebességgel. Mivel nincsenek mozgó alkatrészei és egyéb akadályok a folyadék útjában, nem hoz létre holtteret, és kopásmentes.

• Doppler-elvű ultrahangos áramlásmérő: Olyan mérő, amely a folyadékban lévő buborékokról vagy részecskékről visszaverődő hang alapján méri az áramlást. A Doppler-megoldás erősen levegős vagy szilárd részecskékkel terhelt áramlásokhoz alkalmas; a hangimpulzusokat közvetlenül időzítő tranzitidős mérés pedig a tiszta vagy közepesen terhelt folyadékokhoz, amelyek a mezőgazdasági mérési feladatok többségét alkotják. Az alábbi összehasonlításban ezt a módszert használjuk.

• Koncentrációmérés a hangsebesség alapján: A hang különböző folyadékokban eltérő sebességgel terjed, ezért ugyanaz az ultrahangos érzékelő az áramlás mellett a folyadék akusztikai jellemzőit is leolvassa. Ismert, szabályozott hőmérsékletű műtrágya-víz keverék esetén ez relatív koncentrációjelzést ad, nem csupán áramlási sebességet.

Miért hibásodnak meg a mechanikus áramlásmérők mezőgazdasági folyadékok esetén?

Minden mechanikus mérő ugyanott hibásodik meg: a folyadékkal érintkező mozgó alkatrésznél. A különbség a meghibásodás sebességében van, és minden altípusnak megvan a maga gyenge pontja:

• Turbinás mérő: a rotor csapágyakon fut, amelyeket az oldott sók és a koptató szilárd részecskék elszennyeznek és elkoptatnak, így a kalibrálás értéke egy szezon alatt eltolódik.

• Járókerekes vagy lapátkerekes mérő: a részleges rotor az áramlás szélén van kitéve a folyadéknak, ahol a felületaktív anyagokat tartalmazó növényvédőszer-koncentrátum megtámadja az azt rögzítő tömítést és csapágyat.

• Térfogat-kiszorításos mérő: a mozgó kamrák közötti szűk illesztéseket a hígtrágyában vagy csurgalékban található finom részecskék felkarcolják, míg a mért térfogat már nem egyezik a tényleges térfogattal.

A műtrágyaoldatok oldott sókat tartalmaznak, amelyek lerakódnak a mozgó alkatrészeken. A növényvédőszer-koncentrátumok felületaktív anyagai és hatóanyagai megtámadják a tömítéseket és a csapágyakat. A hígtrágya és a csurgalék finom részecskéket tartalmaz, amelyek koptatják a rotort és a tengelyt. A biogáz-kondenzátum belülről korrodálja a fém alkatrészeket.

A lerakódások felhalmozódásával megváltozik a rotor tömege, a kopással nő a csapágyak súrlódása, és ezzel együtt módosul a fordulatszám és az áramlási térfogat közötti összefüggés is — a mérő azonban továbbra is úgy jelent, mintha pontos lenne.

A károsodás először kis áramlásnál jelentkezik. A kopott vagy elszennyeződött mechanikus mérő a mérési tartomány alsó végén veszít a felbontásából, még mielőtt bárki észrevenné a problémát teljes áramlásnál. Ezért éppen a lassú tápoldatozási adagolást és a kis szivárgásokat — vagyis a vegyszerpontosság és a veszteségészlelés szempontjából legfontosabb áramlásokat — nem képes megbízhatóan felbontani. Egy korlátozott mérési tartományra specifikált, de már eltolódott mérő még ezt a szűkebb tartományt sem tartja.

Az ultrahangos mérő a folyadékáramlási útvonalon kívül elhelyezett jelátalakítókkal, akusztikusan mér: nincs csapágy, rotor vagy kopásnak és lerakódásnak kitett, folyadékkal érintkező alkatrész. Mivel az akusztikai útvonalon semmi nem ér hozzá a folyadékhoz, az érzékelő ugyanúgy megőrzi pontosságát a műtrágya, a hígtrágya és a növényvédő szer esetén is, amelyek egy rotort fokozatosan tönkretennének. Ez teszi a robusztusságot a két technológia közötti döntő tényezővé.

Ultrahangos és mechanikus áramlásmérők egymás mellett

Az alábbi értékek a mezőgazdasági folyadékokhoz alkalmas tranzitidős ultrahangos mérőkre vonatkoznak, összevetve a korábban megnevezett mechanikus altípusokkal. Az ultrahangos nyomásveszteség- és mérési tartományadatok az Allengra új generációs, teljes keresztmetszetű érzékelőjének saját mérései; a mechanikus adatok azt írják le, hogyan viselkednek a rotormérők működés közben.

Metrológiai megjegyzés: a vízmérők pontosságát az OIML R49 és az azonos, kettős logóval ellátott ISO 4064 szabvány szabályozza. Ezek pontossági osztályokat határoznak meg (az 1. osztály szigorúbb, a 2. osztály tágabb), és a mérő használható tartományát a tartós és a minimális áramlás (Q3–Q1) arányaként fejezik ki a Q1–Q4 áramlási pontok között. A szélesebb arány azt jelenti, hogy a mérő kis áramlásnál is pontosan mér, ez pedig alapvető tulajdonság a mezőgazdasági adagolásnál.

Döntési szempont: válasszon ultrahangos mérőt, ha a vezetékben többféle folyadék áramlik, szennyezett, koptató vagy levegős közeget továbbít, pontos kisáramlású adagolásra van szükség, vagy nyomonkövethetőségi naplókat kell vezetni. Egyetlen, állandó áramlású tisztavíz-vezeték mechanikusan is mérhető, ha az eltolódás következményei csekélyek.

Hogyan válik a 3%-os adagolási eltérés termésveszteséggé?

A bármely irányban 3%-kal eltolódott mechanikus mérő a tervezettnél 3%-kal töményebb vagy hígabb oldatot eredményez. Ez egy teljes termesztési ciklus alatt összeadódik: nagy értékű kertészeti kultúrák esetén a tartós, 3%-os tápanyag-eltérés már elegendő a terméshozam, az egyöntetűség és a minőség befolyásolásához, és ez nem az érzékelőnél, hanem a csomagolóüzemben válik láthatóvá.

Először is, a mérés idővel nem tolódik el, mert nincs olyan alkatrész, amely elkophatna. Másodszor, a hangsebesség-csatorna valós időben érzékeli a folyadék összetételének változásait: a vízben oldott műtrágya módosítja az akusztikai jellemzőket, így ismert keverék és szabályozott hőmérséklet esetén relatív koncentrációjelzés áll rendelkezésre.

Ez a növényvédő és gyomirtó szerek keverési koncentrációjára is vonatkozik, amelyet a kijuttatás helyén igazolnak, nem a tartálynál. Így az üzemeltetők nem adagolnak túl „a biztonság kedvéért”, ami a vegyszerköltséget és a környezetterhelést egyaránt csökkenti.

Észlelheti-e az áramlásmérő a venturi-injektoron keresztüli levegőbeszívást?

Igen, és ez olyan hibamód, amely a mechanikus rendszerben nyom nélkül marad. Ha egy venturiban bekövetkező levegőbeszívás — például nyomásesés, ellátóvezeték-probléma vagy kiürülő tartály — megszakítja a szívást, a venturi leállítja a befecskendezést. A mechanikus áramlásmérő továbbra is áramlást jelez, mert a fővezetéken áthaladó víz tömegáramát méri, nem pedig a benne szállított vegyszert.

A kijuttatási napló befejezett kezelést mutat, miközben a növényhez közel nulla hatóanyag jutott el, és nem keletkezett riasztás.

Az akusztikus gázbuborék-észleléssel rendelkező ultrahangos mérő valós időben felismeri ezt: a levegővel terhelt áramlás jellegzetes akusztikai jellemzőkkel rendelkezik, ezért az érzékelő jelzi az átmenetet, beírja azt a kijuttatási naplóba, azonosítja az érintett területet, és lehetővé teszi a pótlólagos kezelés ütemezését ahelyett, hogy a hiba csak napokkal vagy hetekkel később derülne ki.

Hogyan ellenőrzi egy ultrahangos érzékelő a tejipari CIP-tisztítási fázisokat?

A tejvezetékek és a helyben tisztító (CIP) rendszerek másfajta kihívást jelentenek: a folyadék élelmiszeripari minőségű, a higiénia szabályozási követelmény, nem választható lehetőség, és a feladatok közé nemcsak a mérés, hanem a ciklus ellenőrzése és a vegyszerkoncentráció követése is tartozik.

Az ultrahangos érzékelőkkel végzett tejvezeték-monitoring zárt rendszerben folyamatos áramlási adatokat biztosít anélkül, hogy a mechanikus mérőknél a sűrű fejési ütemterv mellett tapasztalható elszennyeződés és kalibrációs eltolódás jelentkezne. Az integrált nyomásadatok emellett korai figyelmeztetést adnak a bélés meghibásodására és a vákuumrendszer levegőbeszívására.

A CIP-ciklusok során ugyanaz az érzékelő a folyó közeg akusztikai tulajdonságainak figyelésével követi a termék, a tisztítószer és az öblítővíz közötti átmeneteket. Mivel a tisztítószer hangsebessége eltér a vízétől és a tejétől, az érzékelő tudja, hogy a ciklus melyik fázisban van, nem csupán azt, hogy mit mutat az időzítő.

A rögzített időzítők helyett valós méréseken alapuló végpontok csökkentik a forró víz és a vegyszerek felhasználását, mivel a ciklusok akkor érnek véget, amikor ténylegesen befejeződtek.

Milyen áramlási adatokat követelnek meg az EU vegyszer-kijuttatási nyomonkövethetőségi szabályai?

A mezőgazdasági vegyszer-kijuttatás nyomonkövethetőségi követelményei szigorodnak az európai piacokon, és a szabályozás egyre inkább dokumentált bizonyítékot vár el arról, hogy mit, milyen koncentrációban, melyik területre és mikor juttattak ki.

A papíralapú vagy manuálisan rögzített nyilvántartásokkal dolgozó üzemeltetők számára jelentős a különbség aközött, amit terveztek, és amit ténylegesen igazolni tudnak.

Az ultrahangos érzékelő folyamatosan naplóz minden mérést: a koncentrációt, a térfogatot, az áramlási sebességet, a nyomást, a hőmérsékletet, a zónaazonosítót és az időbélyeget, majd ezeket Modbuson vagy a gazdaságirányítási rendszeren keresztül külső nyilvántartásokba továbbítja.

A tényleges érzékelőadatokból létrehozott növényvédőszer-nyilvántartás azt a koncentrációt tartalmazza, amely a fúvókát elhagyta, nem pedig azt, amelyet a tartályban bekevertek.

Ha a piaci átvételnél maradványanyaggal kapcsolatos kérdés merül fel, vagy egy ellenőrzés dokumentációt követel, az adatok már rendelkezésre állnak a szabályozás által megkövetelt részletességgel. Ugyanez az elv vonatkozik a drónok és permetezőgépek vegyszerfeltöltési naplóira, valamint a szennyvízkibocsátás monitorozására, beleértve azokat a visszaáramlási eseményeket is, amelyeket egy manuális nyilvántartás nem rögzítene.

Miért használjunk egyetlen ultrahangos mérőt a gazdaság valamennyi folyadékához?

A fentieket összefoglaló érv egyszerű: egy tranzitidős ultrahangos mérőnek nem kell külön műszernek lennie minden folyadékhoz. Ugyanaz az elv kezeli a tiszta vizet, a műtrágyaoldatot, a növényvédőszer-koncentrátumot, a tejet, az AdBlue-t, a hígtrágyát és a csurgalékot módosítás és a folyadékok közötti újrakalibrálás nélkül.

A vízhez kalibrált turbinás mérő korrekció nélkül nem méri pontosan a műtrágyaoldatot a viszkozitás és a sűrűség figyelembevétele nélkül; az adott mezőgazdasági vegyszerhez kalibrált mérőt egy másik folyadékhoz cserélni vagy újrakalibrálni kell. Egy olyan szezon során, amelyben sokféle folyadékot kezelnek, a több, külön kalibrált mechanikus mérő kezelésének többlete — pénzben, időben és annak kockázatában, hogy a nem megfelelő kalibrálást alkalmazzák a nem megfelelő folyadékhoz — valós költséget jelent.

A mechanikus mérők továbbra is betöltik szerepüket. Egy dedikált vezetéken, amely egyetlen tiszta folyadékot szállít állandó áramlással, és ahol az eltolódás néhány százaléka nem okoz problémát, a turbinás vagy járókerekes mérő olcsóbban beszerezhető és kellően pontos, ezért nincs indok a cseréjére. Az egyetlen platform mellett szóló érv azoknál a gazdaságoknál a legerősebb, amelyek ennek az ellenkezői: sokféle folyadék, szennyezett áramlások, kis áramlású adagolások és olyan nyilvántartások, amelyeknek ellenőrzés esetén is helyt kell állniuk.

Az Allengra ultrahangos platformja sárgaréz és műanyag kivitelben DN15–DN50, rozsdamentes acél kivitelben pedig DN15–DN20 mérettartományt fed le, integrált hőmérséklet-, nyomás- és digitális (Modbus) kimenettel. Ugyanaz a technológia egyetlen beszállítói kapcsolat és egyetlen mérési elv keretében szolgálja az öntözés monitorozását, a tejipari tejvezetékeket, a mezőgazdasági vegyszerek adagolását és a traktorok üzemanyag-fogyasztásának mérését; a teljes alkalmazási tartományt az ultrahangos áramlásmérők a mezőgazdaságban oldal mutatja be.

• Az ultrahangos megoldás a többféle folyadékot kezelő gazdaságok alapértelmezett választása; a mechanikus mérő csak egyetlen tiszta, stabil és alacsony kockázatú vezetéken jelent megfelelő megoldást.

• Egyetlen tranzitidős platform újrakalibrálás nélkül kezeli a vizet, a műtrágyát, a növényvédő szert, a hígtrágyát, az AdBlue-t, a tejet és a csurgalékot.

• A hangsebesség-csatorna relatív koncentrációt mér; az akusztikus gázbuborék-észlelés felismeri a venturi levegőbeszívását, amelyet egy mechanikus mérő sikeres adagolásként rögzítene.

• A koncentrációról, térfogatról, nyomásról, hőmérsékletről, zónáról és időbélyegről vezetett folyamatos naplók megfelelnek az egyre szigorúbb uniós vegyszer-kijuttatási nyomonkövethetőségi szabályoknak.

• DN15–DN50 sárgaréz és műanyag, DN15–DN20 rozsdamentes acél, integrált hőmérséklet- és nyomásméréssel, valamint Modbus-kimenettel.

A többféle folyadékkal működő mezőgazdasági alkalmazásokban — például tápoldatozásnál, mezőgazdasági vegyszerek adagolásánál, hígtrágya kezelésénél, tejipari CIP-rendszerekben és gazdasági üzemanyag mérésénél — ahol a robusztusság kulcsfontosságú tényező, az ultrahangos mérés az a technológia, amelyre érdemes szabványosítani. A kizárólag mechanikus rendszerek csak egyetlen tiszta, stabil és nem kritikus vezetéken maradnak életképesek.