اندازه گیری دبی با فلومتر التراسونیک

هنگامی که امواج فشار به سیال جریان می یابند، سرعت و دامنه آنها با سرعت سیال تحت تاثیر قرار می گیرند.فلومترهای التراسونیک در اندازه گیری این تغییرات موج فشار کمک می کنند، به خصوص در مواردی که فرکانس های بیش از ۲۰ کیلو هرتز دارند از تکنیک های تخصصی استفاده می کنند.

دو نوع فلومتر اولتراسونیک وجود دارد. یکی از آنها بر مبنای اندازه گیری تغییر فاز بین امواج است که به طور متناوب به سمت پایین دست و بالادست جریان دارد.

یکی دیگر بر مبنای اندازه گیری جدایی فرکانس نوسان است که به طور همزمان به سمت پایین و بالا منتقل می شود.

اندازه گیری جریان التراسونیک با اندازه گیری تفاوت فاز

کارکرد سیستم اندازه گیری جریان التراسونیک با اندازه گیری تفاوت فاز در شکل زیر نشان داده شده است.

دو پیزو کریستال P1 و P2  هم به عنوان فرستنده و هم گیرنده سیگنال های متناوب کار می کنند، که به راحتی نصب می شوند. به طوری که سیگنال های التراسونیک بین آنها و همچنین از طریق مایع انتقال می یابد.

سوئیچ ‘sw’ برای عرضه p1 و p2 به طور متناوب از یک نوسانگر استفاده می شود که به طور همزمان آشکارساز را به p2 و p1 متصل می کند. آشکارساز برای اندازه گیری زمان ارسال از بالا به پایین به پایین و برعکس، از طریق اندازه گیری تغییر فاز طراحی شده است.

اگر C سرعت موج اولتراسونیک و v سرعت مایع است، بنابراین برای فاصله b بین کریستال pa و p2، تغییر فاز بین دو مورد عبارت است از:

Pd1 = wb/(C + v)

Pd2 = wb/(C – v)

اختلاف تغییر فازمتناسب با نرخ جریان مایع است.

Pd2 – Pd1 = 2wvb/ {(C-v)(C+v)} = 2wvb/C^۲

اندازه گیری از طریق این روش با استفاده از روش تغییر فاز، خطی بودن خوب ابزار را ارائه می دهد. پاسخ دینامیک توسط فرکانس سوئیچینگ محدود می شود.

ماده کانال جریان باید طوری انتخاب شود تا انتقال صوتی امکان پذیر نباشد. پلاستیک اغلب برای این منظور انتخاب می شود.

سیستم جریان اندازه گیری فاز نیز با ترنسدیوسرهای اینتردیجیتال استفاده شده است. موج آکوستیک توسط دو ترنسدیوسر خروجی، -یکی در بالادست و دیگری در پایین دست با فاصله یکسان از فرستنده- ، در خط جریان ارسال و دریافت می شود.

فرستنده انگشت های فلزی فاصله  دار یکنواخت دارد تا موج صدا را به مایع از مرز جامد-مایع بدون تمرکز، در هر دو جهت بتاباند . برخی از ترنسدیوسر ها می توانند به عنوان گیرنده نیز بخوبی عمل کنند.

اندازه گیری جریان التراسونیک با اندازه گیری تفاوت فرکانس

کارکرد سیستم اندازه گیری جریان التراسونیک با اندازه گیری تفاوت فرکانس در شکل زیر نشان داده شده است. t / 2 زمانی است که سیگنال دریافت می شود و همچنین زمانی که سیگنال  با وجود کارکرد تریگر توسط گیرنده دریافت نمی شود.

دو مجموعه پیزو کریستال، با مجموعه ای از فرستنده و گیرنده، -طبق شکل نشان داده شده در زیر –  نصب می شود و قطارهای موج با زاویه a با جهت جریان مایع ارسال می شوند.

سیستم ها بخشی از حلقه بسته هستند، به طوری که گیرنده قطار موج را دریافت، تشخیص و آن را به قسمت محاسباتی تقویت کننده می فرستد. سیگنال تقویت شده برای تریگ دوباره ژنراتور برای ارسال قطار دوم پالس ها استفاده می شود.

فرکانس تکرار بستگی به زمان انتقال قطار موج در طول l دارد. بنابراین فرکانس ها می توانند توسط معادلات نوشته شوند:

f1 = (C + vCosa)/2l

f2 = (C – vCosa)/2l

اختلاف فرکانس

۱ – f2 = vCosa/l