آنچه در این مقاله خواهید خواند:
اساس کارکرد فلومتر التراسونیک (دبی سنج التراسونیک)
انواع فلومتر التراسونیک (دبی سنج التراسونیک)
فلومتر التراسونیک ترانزیت تایم (دبی سنج زمان انتقال)
فلومتر التراسونیک داپلر (دبی سنج التراسونیک داپلر)
فلومتر التراسونیک کانال باز (دبی سنج التراسونیک کانال باز)
مزایای فلومتر التراسونیک (دبی سنج التراسونیک)
معایب فلومتر التراسونیک (دبی سنج التراسونیک)
اساس کارکرد فلومتر التراسونیک (دبی سنج التراسونیک)
در دبی سنج التراسونیک (فلومتر التراسونیک)، سیگنال‌های التراسونیک توسط ترانسدیوسرهایی که در اطراف بدنه فلومتر (دبی سنج) قرار دارند تولید و به درون سیال در حال حرکت منتقل می‌شوند. درروش Transient time مدت‌زمان رفت و برگشت سیگنال در درون سیال Time of flight اندازه‌گیری گردیده و فلومتر (دبی سنج) بر اساس اختلاف زمان رفت و برگشت امواج بین دو سنسور، سرعت سیال را محاسبه می‌نماید. در واقع زمان رسیدن امواج کوتاه‌تر شده و زمانی که جهت حرکت امواج سیال باشد زمان رسیدن امواج به سنسور مقابل طولانی‌تر خواهد بود.
از پارامترهای مهم در انتخاب این نوع فلومترها، جنس ترانسدیوسرها، مقاومت نسبت به ذرات مزاحم درون سیال، عدم تأثیر بدنه بر روی اندازه‌گیری، محدوده دما و فشار فلومتر و غیره می‌باشد.
انواع فلومتر التراسونیک (دبی سنج التراسونیک)
فلومتر التراسونیک (Ultrasonic Flow Meter)، ازلحاظ کارکرد به سه دسته تقسیم می‌شوند:
- فلومتر التراسونیک زمان انتقال یا فلومتر التراسونیک ترانزیت تایم (Transit time Ultrasonic Flow Meters)
- فلومتر التراسونیک داپلر (Doppler Ultrasonic Flow Meters)
- فلومتر التراسونیک کانال باز (Open Channel Ultrasonic Flow Meters)
به‌طور کلی در اندازه‌گیری‌های دقیق به ویژه در گازها از روش Transit time استفاده می‌شود که اساس آن بر اندازه‌گیری دقیق زمان استوار است. از لحاظ کاربرد نیز فلومترهای التراسونیک (دبی سنج التراسونیک)، به فلومترهای اندازه‌گیری گاز و مایع قابل‌تقسیم هستند. همچنین فلومترهای التراسونیک بر اساس نوع نصب به دو دسته درون خطی (inline) و گیره‌ای (Clamp On) نیز تقسیم می‌شوند.
فلومتر التراسونیک ترانزیت تایم (دبی سنج التراسونیک زمان انتقال)
فلومترهای زمان عبور، سرعت را اندازه‌گیری می‌کنند و زمان سیگنال سفر سیگنال بین دو سنسور را محاسبه می‌کنند. چنین حسگرهایی در مقابل یکدیگر و به صورت مورب با محور جریان قرار می‌گیرند. دو روش اصلی وجود دارد:
- حالت مورب (Diagonal Mode)
- حالت انعکاس (Reflection Mode)
حالت مورب روشی است که حسگرها سیگنال‌ها را مستقیماً از طریق جریان به یکدیگر ارسال می‌کنند.
حالت انعکاس زمانی است که سیگنال‌های حسگرها ابتدا از دیواره لوله منعکس شده و سپس به سنسور مقابل ارسال می‌شوند.
بیایید با استفاده از تماس مستقیم (حالت مورب) به عنوان مثال به اصل نگاه کنیم. هر یک از سنسورها به عنوان منبع سیگنال و گیرنده کار می‌کنند. آن‌ها یک پالس اولتراسونیک را از طریق جریان متحرک ارسال می‌کنند.
هنگامی که حسگرها پالس اولتراسونیک را از طریق جریان متحرک ارسال می‌کنند، بسته به جهت، زمان‌های سفر متفاوتی دارند. چنین سیگنالی هنگامی که در امتداد جریان هدایت می‌شود (بالا دست) شتاب می‌گیرد و هنگامی که در مقابل آن هدایت می‌شود (پایین دست) کند می‌شود.
این تفاوت در زمان دریافت (∆ زمان) بین دو سیگنال با میانگین سرعت جریان متناسب است. هنگامی که جریان در لوله وجود ندارد، زمان سفر هر دو سیگنال یکسان خواهد بود (∆ زمان = 0).
دبی سنج‌های ترانزیت تایم یک راه‌حل ایده‌آل برای مایعات یا گازهای خالص می‌باشند. وجود قطعات جامد یا حباب بر نتایج آن‌ها تأثیر می‌گذارد. دبی سنج‌های زمان عبور برای اندازه‌گیری گاز، بخار و بخارات استفاده می‌شود.
فلومتر التراسونیک داپلر (دبی سنج التراسونیک داپلر)
فلومتر التراسونیک داپلر با استفاده از اثر داپلر عمل می‌کند. به طور خلاصه، این اثر مبتنی بر تغییر امواج صوتی که از اجسام متحرک به حالت ساکن می‌آیند. فلومتر داپلر برای کار به وجود قطعات جامد یا حباب‌های هوا نیاز دارد. این دبی سنج دارای مبدل ساطع کننده (منبع سیگنال) و مبدل گیرنده (گیرنده) می‌باشد. مبدل ساطع کننده تکانه فراصوت را تولید و ارسال می‌کند. این تکانه از حرکت توسط قطعات جامد یا حباب‌ها منعکس می‌شود. شکل موج اولتراسونیک بسته به سرعت قطعات تغییر می‌کند. سپس سیگنال اکو به گیرنده باز می‌گردد. این دستگاه می‌تواند سرعت کل جریان را با تجزیه و تحلیل چنین امواجی تعیین کند.
مزیت اصلی فلومترهای داپلر توانایی آن‌ها در کار با قطعات جامد و حباب های هوا در جریان است. فلومترهای داپلر به عنوان جریان سنج خون و آب گازدار محبوب‌ترین هستند.
فلومتر التراسونیک کانال باز (دبی سنج التراسونیک کانال باز)
فلومترهای کانال باز برای اندازه‌گیری سطح در مخازن یا کانال‌های باز ایجاد می‌شوند. چنین سنسوری در بالای جریان نصب شده است. صداهای اولتراسونیک با فرکانس بالا را به سطح جریان می‌فرستد.
پالس‌ها از سطح منعکس می‌شوند و به شکل اکو به مبدل باز می‌گردند. با توجه به سرعت امواج فراصوت در هوا، فاصله فعلی سطح مایع از سنسور قابل محاسبه است. چنین نتایجی به سطح دمای فعلی هوا بستگی دارد، یعنی سنسورهای کانال باز معمولاً دارای سنسورهای دمای داخلی هستند.
برای اندازه‌گیری دبی با فلومتر کانال باز به یک عنصر مانع (فلوم یا سرریز) نیاز دارید. سنسور ارتفاع سر مایع را از روی چنین موانعی اندازه‌گیری می‌کند. این گونه فلوم‌ها یا سرریزها باید شکل خاصی داشته باشند (سرریزهای مستطیلی و شکاف V یا فلوم‌های کاسه‌ای پارشال و پالمر). با تجزیه و تحلیل تغییرات سطح در این بخش‌ها می‌توانید میزان جریان را تعیین کنید.
برای کانال‌های باز یا لوله‌های نیمه پر شده نیز می‌توان از فلومتر داپلر قابل حمل استفاده کرد. آن‌ها همچنین به عنوان جریان سنج سرعت منطقه نامیده می‌شوند. برای این منظور، آن‌ها در پایین کانال نصب می‌شوند. پالس‌های فراصوت از سطح آب، حباب‌های هوا یا ذرات جامد منعکس می‌شوند.
مزایای فلومتر التراسونیک (دبی سنج التراسونیک)
- خدمات و نگهداری بسیار آسان
- پشتیبانی تمامی لوله‌ها و سایزها
- نصب بسیار راحت
- قیمت مناسب نسبت به فلومتر الکترومغناطیسی به ویژه در سایزهای بزرگ
معایب فلومتر التراسونیک (دبی سنج التراسونیک)
- حساس به تغییرات دما، چگالی و ویسکوزیته
- برای اندازه‌گیری مواد بسیار غلیظ و ضخیم (دوغاب) مناسب نمی‌باشد
مزایا و معایب مبدل اولتراسونیک تا حد زیادی به نوع انتخاب شده بستگی دارد. به عنوان مثال، برای دبی سنج داپلر، رسوب مواد جامد در دیواره پایین لوله تاثیری در نتیجه نخواهد داشت، اما برای دستگاه‌های ترانزیت تایم، مشکل ساز خواهد بود.
