هنگامی که سیال به سرعت در لوله جریان می‌یابد، تغییر فرکانس به صورت خطی افزایش می‌یابد، سیگنال‌ها در جهت جریان شتاب می‌گیرند اما در جهت مخالف به تاخیر می افتند. ترانسمیتر، سیگنال امواج را پردازش می‌کند که بازتاب آن، نرخ جریان را تعیین می‌کند. تایمر ترانسمیتر، امواج التراسونیک را در هر دو جهت در لوله ارسال و دریافت می‌کند. در شرایط بدون جریان، زمان جریان بین سنسور جریان بالا دست و پایین دست یکسان است.

در حقیقت، هر سنسور می‌تواند به طور متناوب سیگنال‌های التراسونیک را ارسال و دریافت کند، در حالی که به طور همزمان، زمان انتقال سیگنال را اندازه‌گیری می‌کند. زمان عبور تفاضلی که توسط دو سنسور اندازه گیری می‌شود، به طور مستقیم با سرعت جریان متناسب است.

اندازه گیری جریان با فلومتر التراسونیک

فلومتر التراسونیک، تفاوت زمان بین زمانی که سیگنال التراسونیک از سنسور اول ارسال می‌شود تا اینکه توسط سنسور دوم دریافت می‌شود را اندازه‌گیری می‌کند. یک مقایسه تفاضلی از اندازه‌گیری‌های بالا دست و پایین دست انجام می‌شود. در صورت عدم وجود جریان، زمان حرکت در هر دو جهت یکسان خواهد بود. هنگامی که جریان وجود دارد، صدا اگر در یک جهت حرکت کند، سریعتر و اگر خلاف آن حرکت کند، کندتر حرکت می‌کند.

از نگاه دیگر، مدت زمانی که طول می‌کشد تا موج التراسونیک از سنسور فرستنده به عنصر گیرنده عبور کند به عوامل مختلفی بستگی دارد. اگر دو عنصر در مکان‌های کمی متفاوت در طول لوله قرار گیرند، سرعت سیال بر زمان رسیدن سیگنال به عنصر گیرنده تأثیر می‌گذارد. در یک سیال راکد، ارتعاش در مدت زمان قابل اندازه‌گیری از فرستنده به گیرنده منتقل می‌شود. پالس التراسونیک تولید شده در جهت مخالف باید به همان میزان زمان ببرد. با این حال، از آنجا که امواج التراسونیک دارای خواص مکانیکی هستند، زمان حرکت از فرستنده به گیرنده تحت تأثیر سرعت سیال است.

در هر دو شرایط جریان، موج بالادست با سرعت کمتری نسبت به موج پایین دست جریان خواهد داشت. همانطور که مایع سریعتر جریان می‌یابد، تفاوت بین زمان‌های بالادست و پایین دست افزایش می‌یابد. نرخ جریان، با زمان‌های بالا دست و پایین دست پردازش شده توسط ترانسمیتر تعیین می‌شود.

پالسی که از عنصر بالا دست به عنصر پایین دست یا همراه با جریان، حرکت می‌کند، نسبت به پالسی که در جهت مخالف یا خلاف جریان برمی‌گردد، زمان کمتری برای طی مسافت، می‌برد.

انواع فلومتر التراسونیک

– سنسورهای سطح التراسونیک برای تعیین سطح مایع در هر دو کانال باز و‌ بسته‌ مناسب هستند.

– سنسورهای التراسونیک درون خطی در کاربردهایی که نیاز به دقت قابل ردیابی و تضمین شده دارند، استفاده می‌شوند. دقت تضمین شده دارند و دارای طراحی صنعتی قوی مطابق با استانداردها هستند.

– فلومترهای نوع رادار از فناوری مایکروویو برای انتقال پالس‌های کوچک استفاده می‌کنند تا از سطح جریان به حسگر بازتاب داده شوند و سرعت را تعیین کنند.

– فلومترهای سرعت داپلر از نویز التراسونیک باز نشر‌ داده‌ شده‌ برای محاسبه سرعت مایع استفاده می‌کنند.

– سنسورهای گیره‌ای التراسونیک برای کاربردهایی که دسترسی به لوله دشوار است، مناسب هستند. این سنسورها، بر روی دیواره بیرونی لوله نصب می‌شوند و بنابراین اندازه‌گیری‌های موقت یا بازسازی را نیز امکان‌پذیر می‌کنند. همچنین مایعات تهاجمی را می‌توان بدون هیچ مشکلی حتی تحت فشار بالا اندازه گیری کرد. مناسب برای لوله‌های‌ ساخته‌ شده‌ از مواد کامپوزیت پلاستیک، فولاد، چدن.

– نوع دیگری از این تجهیزات از اثر داپلر برای اندازه‌گیری جریان استفاده می‌کند. در این روش از حباب‌های هوا یا ذرات حباب شده برای انعکاس امواج صوتی از فرستنده به گیرنده استفاده می‌شود.

مزایای فلومتر التراسونیک

معایب فلومتر التراسونیک

• طراحی فلومتر‌ پیچیده‌ است.
• قطعات شنیداری این فلومتر گران است.
• در مقایسه با سایر فلومترهای مکانیکی گران است.
• لوله‌های بتنی/سیمانی را نمی‌تواند اندازه گیری کند.
• هنگامی که سوراخ یا حباب هوا در لوله وجود دارد، کار نمی‌کند.
• این فلومترها در مقایسه با سایر فلومترها‌ پیچیده‌ هستند و به همین دلیل نگهداری و تعمیر آن‌ها نیاز به افراد متخصص دارد.

کاربردهای فلومتر التراسونیک

> کاربرد در مصارف فاضلاب و مایعات کثیف

> اندازه‌گیری‌های انتقال انرژی و نگهداری آن

> این دستگاه برای اندازه گیری جریان حجمی مایعات و گازها استفاده می‌شود.

> جایگزین عالی برای فلومترهای گردابی و فلومترهای الکترومغناطیسی هستند.

> کاربردهای این فلومترها از فرآیندهای معمولی تا فرآیندهای نظارتی متغیر است.

> تفاوت بین زمان انتشار یک پالس التراسونیک و جهت جریان مایع را اندازه‌گیری می‌کنند.

> برای تجزیه و تحلیل جریان حجمی با اندازه‌گیری سرعت یک مایع از طریق فراصوت استفاده می‌شوند.

> این فلومترها در مواردی استفاده می‌شوند که سازگاری شیمیایی، نگهداری کمتر و افت فشار کم مورد نیاز است.

> این فلومترها برای کاربردهای فاضلاب مناسب هستند، اما برای آب آشامیدنی/مقطر مناسب نیستند. بنابراین، این نوع فلومتر برای کاربردهایی که نیاز به سازگاری شیمیایی، نگهداری کم و افت فشار کم دارند، ایده آل است.

فلومتر التراسونیک کجا استفاده می‌شود؟

فلومتر التراسونیک یک انتخاب عالی برای کاربردهای فشار بالا و جریان بالا مانند خطوط لوله گاز طبیعی است. در این کاربردها از زمان پرواز برای دقت استفاده می‌شود. سیستم‌های آب و فاضلاب شهری اغلب از فلومترهای التراسونیک نصب شده خارجی برای اندازه‌گیری جریان استفاده می‌کنند زیرا برای نصب فلومتر نیازی به نفوذ لوله نیست.

علاوه بر این، در برخی موارد، فلومتر زمان پرواز و داپلر را می‌توان در طراحی یکسان فلومتر برای کنترل سیالات استفاده کرد که ممکن است در طول زمان، ترکیب را تغییر دهد. هنگامی که ذرات یا رسوب شناسایی می‌شوند، فلومتر می‌تواند از حالت زمان پرواز به حالت داپلر تغییر کند تا دقت اندازه گیری جریان حفظ شود.

ملاحظات فلومتر التراسونیک

هنگامی که سیال از یک لوله عبور می‌کند، در یک جهت با سرعتی جریان می‌یابد که تحت تأثیر عوامل زیادی مانند دما، فشار، ویسکوزیته سیال و اندازه لوله است. هر چه اختلاف فشار در بالا دست یک نقطه در لوله و پایین دست آن نقطه بیشتر باشد، سرعت جریان بیشتر است.

افزایش دما معمولا منجر به افزایش جریان می‌شود. برخی از مایعات شفاف هستند، برخی حاوی ذرات یا حباب هستند. برخی از سیالات مانند روغن‌های سنگین بسیار چسبناک هستند و به راحتی مایعات با چسبندگی کمتر مانند آب، جریان ندارند.

امواج صوتی بر اساس انتقال ارتعاشات از طریق سیال در یک سیال حرکت می‌کنند. این نوسانات مکانیکی بین مولکول‌های سیال جاری به مولکول‌های مجاور منتقل می‌شود و در نتیجه موج را به آن مولکول های مجاور منتقل می‌کند.

سنسورها را می‌توان مرطوب کرد یا در دیواره فلومتر تعبیه کرد تا سنسورها با سیال تماس پیدا کنند. یا سنسورها را می‌توان به قسمت بیرونی لوله متصل کرد، جایی که سنسورها با سیال تماس ندارند. سنسورهای غیر تماسی کاملاً دقیق نیستند، زیرا موج صوتی باید از دیواره لوله و سیال عبور کند، جایی که دیواره لوله ممکن است برخی از سیگنال‌های پالسی را جذب کند.

انتخاب فلومتر التراسونیک مناسب

فلومترهای التراسونیک در حوزه وسیعی از سیالات از جمله گازها و مایعات کاربرد دارند. فلومتر التراسونیک به استفاده و درک برخی از اصول فیزیکی، مکانیکی و الکتریکی نیاز دارد. همچنین فلومتر التراسونیک برای کاربردهایی که افت فشار کم و تعمیر و نگهداری کم مورد نیاز است، ایده آل هستند. عواملی مانند نوع خروجی (آنالوگ یا دیجیتال)، اندازه لوله، حداقل و حداکثر دمای فرآیند، فشار و سرعت جریان همگی می‌توانند بر این موضوع تأثیر بگذارند که کدام فلومتر التراسونیک برای کاربرد شما مناسب است. با در نظر گرفتن مایع، اندازه و غلظت جامدات یا حباب‌ها، ابعاد لوله و پوشش لوله، پیکربندی مناسب با کاربرد انتخاب می‌شود.

دقت فلومتر التراسونیک به نصب مناسب بستگی دارد. تغییرات دمای زیاد در لوله یا مقدار قابل توجهی ارتعاش ممکن است روی تراز سنسورها و اتصال صوتی به لوله تأثیر بگذارد. در اکثر موارد، اگر لوله با موادی مانند مس، بتن، پلاستیک یا فایبرگلاس پوشانده‌ شده‌ باشد، فلومتر التراسونیک اصلا کار نمی‌کند. این عوامل باید در هنگام‌ نصب‌ در نظر‌ گرفته‌ شوند. علاوه بر این، برای ارائه یک نرخ جریان حجمی دقیق، تمام فلومترهای التراسونیک به لوله‌های کامل نیاز دارند. فلومترهای التراسونیک قابل حمل نیز برای کمک به کاربردهای صنعتی در دسترس هستند.

در این مقاله به فلومترهای التراسونیک و همچنین نحوه عملکرد آن پرداختیم. برای مطالعه بیشتر در زمینه عملکرد فلومترهای التراسونیک و همچنین نحوه انتخاب فلومترهای التراسونیک، پیشنهاد می‌کنیم که حتما مقاله جامع را در این خصوص مطالعه نمایید.

همچنین اگر نیاز به مطالعه بیشتر در زمینه فلومترهای التراسونیک دارید پیشنهاد می‌کنیم که به لینک‌های زیر رجوع کنید.