فلومتر التراسونیک چیست؟

فلومتر التراسونیک 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.

یکی از مهمترین پارامترها در فرآیندهای صنعتی بعد از اندازه گیری دما، اندازه گیری فلو یا جریان سیال می باشد. جهت اندازه گیری سرعت سیال جاری در یک لوله از فلومتر استفاده می شود. فلومتر التراسونیک از امواج صوتی برای اندازه گیری فلو سیالاتی از قبیل گاز و مایع استفاده می کند  اساس اندازه گیری فلومتر التراسونیک مکانیزم داپلر است به این صورت که فرکانس از یک منبع تولید می شود و در سمت دیگر یک گیرنده قرار دارد که این فرکانس را چک می کند و در صورت تغییر در فلوی سیال فرنکانس دریافتی تغییر داشته و به روش الترسونیک فلوی سیال اندازه گیری می شود.

فلومتر التراسونیک بر اساس روش اندازه گیری دارای سه مدل می باشد:

فلومتر انتقالی یا جابجایی زمانی(Transit Time)

فلومتر بازتابی یا داپلر(Doppler)

فلومتر جریان کانال باز(Open Chanel)

انواع فلومتر التراسونیک

انواع فلومترهای التراسونیک از لحاظ قرارگیری روی خطوط لوله:

فلومتر آلتراسونیک کمربندی (Clamp On): سنسورها به صورت Clamp On به خط لوله متصل می باشند و برای جلوگیری از اتصال سنسورها به لوله در اثر گذشت زمان، در زیر سنسورها ژل یا گریس استفاده می شود.

فلومتر آلتراسونیک در خط (In Line): در این حالت فلومتر در مسیر خطوط لوله قرار می گیرد و سنسورها مستقیما در تماس با سیال بوده و دقت اندازه گیری فلومتر بسیار بالاتر می باشد و در حدود  0.75 تا 1 درصد است.

روش فلومتر التراسونيك ترانزيت تايم:

در روش فلومتر التراسونیک ترانزيت تايم،‌ سيگنال هاي التراسونیک يا فراصوتي به صورت همزمان در جهت و در خلاف جهت جريان ارسال مي گردند. سنسورهاي قرار گرفته در فاصله هاي مشخص، مي توانند زمان دقيق دريافت سيگنال ها را ثبت نمايند. اختلاف كم سرعت در دريافت سيگنال هاي هم جهت و مخالف جهت جريان، به صورت متناسب با سرعت متوسط سيال مايع يا گاز عمل مي كنند. اگر سرعت سيال را محاسبه كنيم مي توانيم شدت جريان و حجم عبوري سيال را محاسبه نماييم.

در اصل در اين روش مشابه يك قايق كه از وسط دريا عبور مي كند، امواج صوتي ارسال و پس از آن دريافت مي گردند. 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.

روش ترانزيت زماني يا transit time در فلومتر التراسونیک براي سيالات تميز مثل بخار يا آب و بدون هيچ گونه حباب يا ذره جامد به كار برده مي شوند.

فلومتر جابجایی زمانی نوع Z یا Z – factor :

در این روش سنسور ها به صورت Clamp On (کلمپی) به خط لوله متصل می باشند و فرکانس کاری 850 کیلوهرتز تا 1.5 مگا هرتز می باشد. فلومتر اولتراسونیک تفاوت بین زمان عبور پالس های اولتراسونیک را که با جهت جریان ارسال می شوند، را اندازه گیری می کنند. این اختلاف زمانی اندازه گیری شده، متناسب با سرعت متوسط مایع در امتداد مسیر پرتو اولتراسونیک می باشد.

فلومتر جابجایی زمانی نوع Z یا Z – factor برای سیالات تمیز و عاری از هرگونه ذره جامد یا حباب کاربرد دارد. در خطوطی که سایز لوله 4 تا 156 اینچ باشد، می توان از این نوع فلومتر استفاده کرد. اما در خطوط با سایز کمتر از 4 اینچ به دلیل اینکه زمان ارسال امواج کوچک می باشد و نمی توان این زمان را اندازه گیری کرد و غیر قابل کاربرد هستند.

فلومتر جابجایی زمانی نوع V یا V–factor:

در این روش سنسورها در یک طرف لوله و به فاصله حدودی قطر لوله از یکدیگر قرار می گیرند. سیگنال های ارسالی از سنسورها پس از برخورد به طرف دیگر مسیر، بازتابیده می شود و توسط سنسور دیگر دریافت می شود.

فلومتر جابجایی زمانی نوع V یا V –factor برای سیالات تمیز و عاری از ذرات کاربرد دارند و برای لوله هایی با سایز 2 تا 4 اینچ مورد استفاده قرار می گیرند.

فلومتر التراسونیک از نوع اثر داپلر:

در روش ترانزيت زماني بيان نموديم كه مي بايست در موارد بسيار تميز و عاري از رسوب از روش فلوتر التراسونيك ترانزيت زماني استفاده نمود ولي براي نمونه هايي كه رسوب و ذرات متخلخل دارند چگونه از التراسونيك استفاده نماييم. در نمونه هاي متخلل سراغ فلومتر التراسونیک با استفاده از روش داپلر مي رويم.

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.

فلومتر التراسونیک کانال باز:

در فلومتر التراسونیک کانال باز، سنسور اولتراسونیک، ارتفاع آب در کانال باز را اندازه گیری می کند و بر اساس هندسه کانال می توان جریان را از ارتفاع تعیین کرد.

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.

محدودیت های نصب فلومتر آلتراسونیک:

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.

مزایای فلومتر التراسونیک:

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 فلومتر التراسونیک:

سیال باید نسبت به صدا شفاف باشد.

باگرفتگی در لوله خطا ایجاد میشود.

فقط برای کاربردهای محدودی امکان پذیر است.

خط لوله باید پراز سیال باشد.

حساسیت به نویز دارد.

شرکت میکرونیکس (MICRONICS)

کمپانی Micronics انگلستان با بیش از 30 سال تجربه در ساخت انواع فلومتر و کنتورهای اولتراسونیک زمان گذر Transit Time ، جزء چند شرکت برتر جهان در این زمینه می باشد. برخی از فلومترهای تولید شركت مايكرونيكس بعلت دقت و مرغوبيت ، با نام برندهای معتبر جهانی نيز ارائه می گردد.

فلومتر اولترافلو2000 ساخت شرکت میکرونیکس انگلیس میباشد- این فلومتر به صورت کلمپی بوده و دور لوله بسته میشود.

رنج فلو عبوري : 0.2…12 m/sec
مجموع فلو عبوري : 12 Digits
تفکيک پذيري : 0.1 ماکزيم رنج
سيگنال خروجي : 4-20 ميلي اپر، پالس ، رله
ولتاژ : 24 vDC، 110 VAC , 240 VAC
درجه حفاظتي : IP67
متريال بدنه : ABS
طول کابل : 3 متر