فلومتر التراسونیک (نحوه کارکرد + انواع + مزایا و معایب + کاربردها)
فلومتر اولتراسونیک تجهیزی است که با اندازه گیری سرعت سیال به وسیله امواج التراسونیک یا فراصوت حجم آن سیال را اندازه گیری و مشخص می نماید. این نوع از فلومتر با استفاده از ترانسدیوسرهای التراسونیک می تواند سرعت متوسط سیال (آب، روغن، گرانولا) با استفاده از امواج التراسوند و میانگین گیری زمان انتقال این پالس ها برخلاف مسیر جریان را مشخص کند. این فلومتر که تجهیزی استنباطی است با اندازه گیری اختلاف زمان سفر و دانستن اندازه لوله، سرعت و دبی را تعیین می کند. فلومتر اولتراسونیک از دو ترانسدیوسر استفاده می کنند که در خارج از لوله نصب می شوند و به عنوان فرستنده و گیرنده اولتراسونیک عمل می کنند. این دبی سنج با ارسال و دریافت متناوب انرژی صوتی مدوله شده با فرکانس بین دو ترانسدیوسر کار می کند.
سه نوع مختلف فلومتر اولتراسونیک وجود دارد:
- فلومتر های التراسونیک زمان انتقال (Transit Time)
- فلومتر های التراسونیک داپلر (Doppler)
- فلومتر های التراسونیک کانال باز (Open Channel)
فلومتر التراسونیک زمان انتقال
شنا کردن خلاف جریان به قدرت و زمان بیشتری نسبت به شنا کردن در کنار جریان نیاز دارد. این واقعیت ساده مبنایی برای اندازه‌گیری جریان اولتراسونیک بر اساس روش «زمان انتقال» است: این روش از دو حسگر استفاده می‌کند که در مقابل یکدیگر در لوله قرار می‌گیرند. تکنولوژی زمان انتقال، اختلاف زمانی بین سیگنال‌های ارسالی بالادست و پایین دست را اندازه‌گیری می‌کند. این اختلاف زمانی با سرعت آب نسبت مستقیم دارد.
فلومترهای اولتراسونیک زمان انتقال امواج اولتراسونیک را بین ترانسدیوسرهای التراسونیک در هر دو جهت بالادست و پایین دست محاسبه می کنند. در شرایط بدون جریان، حرکت در بالادست و پایین دست بین ترانسدیوسر ها یکسان می باشد. در شرایط جریان، موج بالادست کندتر حرکت می‌کند و زمان بیشتری نسبت به موج پایین‌دست (سریعتر) می‌گیرد. هنگامی که سیال سریعتر حرکت می کند، تفاوت بین زمان های بالادست و پایین دست افزایش می یابد. فرستنده زمان های بالادست و پایین دست را برای تعیین نرخ جریان پردازش می کند. فلومتر های التراسونیک زمان انتقال را می توان به انواع خطی (نفوذی، مرطوب شونده) و گیره ای (غیر نفوذی) تقسیم کرد.
فلومتر التراسونیک داپلر
فلومتر های التراسونیک داپلر با استفاده از اثر داپلر کار می کنند. به طور خلاصه، این اثر مبتنی بر تغییر امواج صوتی است که از اجسام متحرک به اجسام ساکن برمی گردند می باشد. شما می توانید با گوش دادن به صدای در حال تغییر موتور خودرویی که در نزدیکتان در حال گذر است، این اثر را نیز مشاهده کنید.
فلومتر التراسونیک داپلر برای کار به وجود قطعات جامد یا حباب های هوا نیاز دارد. این تجهیز دارای ترانسدیوسر ساطع کننده (منبع سیگنال) و ترانسدیوسر گیرنده (گیرنده) است. ترانسدیوسر ساطع کننده پالس اولتراسوند را تولید و ارسال می کند. این پالس از قطعات جامد در حال حرکت یا حباب ها منعکس می شود. شکل موج اولتراسونیک بسته به سرعت قطعات تغییر می کند. سپس سیگنال اکو شده به گیرنده باز می گردد. این دستگاه می تواند 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. آنها برای استفاده به عنوان فلومتر التراسونیک خون و آب گازدار محبوب ترین هستند.
فلومتر التراسونیک کانال باز
فلومترهای کانال باز برای اندازه گیری سطح در مخازن یا کانال های باز ایجاد می شوند. این فلومترها در بالای جریان نصب می شوند و امواج اولتراسونیک با فرکانس بالا را به سطح جریان می فرستد. پالس ها از سطح منعکس می شوند و به شکل اکو به ترانسدیوسر باز می گردند. با توجه به سرعت امواج فراصوت در هوا، فاصله سطح مایع از سنسور قابل محاسبه است. چنین نتایجی به سطح دمای هوا بستگی دارد، یعنی سنسورهای کانال باز معمولاً دارای سنسورهای دمای داخلی هستند.
نکات در مورد نصب فلومتر التراسونیک
برای نصب بهینه فلومتر اولتراسونیک باید به تعدادی الزامات لوله کشی دقت کنید. تجهیزات باید دور از والو ها، خم ها و جاهایی که آب در حال سقوط قرار دارد نصب شوند تا تلاطم به حداقل برسد. محل ایده آل برای نصب، قسمت مستقیم لوله با فاصله ۱۰ قطر لوله قبل و ۵ قطر لوله بعد از سنسور است.
اطمینان حاصل کنید که مایع امواج مافوق صوت را به طور معمول منتقل کند (مخصوصاً موادی با سطح چگالی بالا). در مورد فلومتر التراسونیک گیره ایی یا کلمپی، باید مطمئن شوید که سیگنال به اندازه کافی قوی است تا از دیواره لوله عبور کند.
کالیبراسیون فلومتر اولتراسونیک توسط سازنده تحت شرایط استاندارد برای محیط مورد نظر (آب، گاز، نفت، سوخت) انجام می شود. اگر فلومتر شما در شرایط سخت کار می کند، کالیبراسیون دوره ای لازم است.
فلومتر های التراسونیک بر اساس نوع نصب دو دسته هستند:
- درون خطی
- گیره ایی (Clamp On)
فلومتر التراسونیک درون خطی دستگاهی است که در داخل سیستم خط لوله نصب می شود.
فلومتر گیره ایی (که به آن بنددار هم گفته می شود) یک دستگاه فشرده قابل حمل برای اندازه گیری بدون وقفه در خط لوله است. این فلومترها به سطح بیرونی خط لوله متصل می شوند.
مزایا
- دقت و درستی عالی: فلومتر التراسونیک در مقابل فلومترهای مکانیکی دقت و درستی بسیار بالایی دارد.
- نصب انعطاف پذیر: این تجهیز می تواند به طور دائم یا موقت نصب شود – فلومترهای گیره ایی را می توان توسط یک کاربر در عرض یک ساعت به صورت موقت یا برای تأیید صحت تجهیزات اندازه گیری دیگر نصب کرد.
- حداقل تعمیر و نگهداری: دارای طراحی ساده و بدون قطعات متحرک است، که منجر به حداقل تعمیر و نگهداری و هزینه نصب می شود.
- عمر طولانی، بدون ساییدگی یا خوردگی ناشی از برخورد با سیال
- اندازه گیری مستقل از فشار، چگالی، دما، رسانایی و ویسکوزیته (برای سیالات همگن)
- سطح مقطع لوله آزاد، بدون افت فشار
- طراحی درون خطی یا گیره ایی برای اندازه گیری جریان ثابت یا موقت
- فشارهای بالا و دماهای شدید را براحتی کنترل می کند.
- نصب به صورت گیره ایی به بیرون لوله بدون نیاز به نفوذ به آن
- فلومتر اولتراسونیک جریان را مسدود نمی کند بنابراین می توان آنها را روی مایعات بهداشتی، خورنده و ساینده اعمال کرد.
- هیچ تیغه‌ای برای فرسودگی یا یاتاقان‌هایی برای تعویض مانند توربین‌مترها وجود ندارد، و همچنین الکترودهایی وجود ندارند که در طول زمان مانند جریان‌سنج‌های مغناطیسی دچار آلودگی شوند.
معایب
- قیمت بالا
- حساسیت به نویز
کاربردهای فلومتر التراسونیک
- مانیتورینگ تهویه مطبوع و انرژی
- تصفیه آب
- تصفیه آب خاکستری یا سیاه آب
- تولید برق
- فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی
صنایع
- نفت و گاز
- آب و فاضلاب
- نیروگاه
- شیمیایی
- مواد غذایی و آشامیدنی
- داروسازی
- فلزات
- معادن
- خمیر و کاغذ
نحوه کار فلومتر التراسونیک؟
فلومتر التراسونیک وسیله ای برای اندازه گیری سرعت جریان است. آنها دستگاه هایی هستند که به قسمت بیرونی لوله متصل شده و اندازه گیری مایعات خورنده را بدون آسیب به سنسورها امکان پذیر می کند. دو نوع فلومتر التراسونیک به نام داپلر و زمان ترانزیت است که هر کدام از طریق دو فناوری متفاوت عمل می کنند. فلومتر التراسونیک داپلر باید دارای ذرات یا حباب هایی باشد تا سیگنال های اولتراسونیک را منعکس کند. برای غلظت ها و اندازه مواد جامد یا حباب باید به محدوده های پایینی توجه شود و مایع باید به اندازه ای بالا جریان داشته باشد که جامدات را معلق نگه دارد.
هنگامی که به لوله ای که حاوی مایع در حال جریان با چنین ناپیوستگی هایی است منتقل می شود ، یک پالس یا پرتو اولتراسونیک از آنها با تغییر فرکانس منعکس می شود که مستقیماً با سرعت جریان مایع متناسب است. بنابراین ، فلومتر داپلر اولتراسونیک سرعت جریان را از سرعت ناپیوستگی ها محاسبه می کند تا از سرعت مایع.
