انواع فلومتر آلتراسونیک

فلومتر اولتراسونیک کلمپ-آن، “کم تهاجمی ترین” نوع در بین تمام جریان سنج‌ها است. سنسورهای این فلومترها به بیرون لوله متصل می‌شوند و در نسخه‌های تک و دوتایی موجود هستند. در نسخه تک سنسور، کریستال‌های ارسال و دریافت در بدنه یک حسگر قرار می‌گیرند و در یک نقطه از سطح لوله گیره بندی می‌شوند. فلومتر التراسونیک نسخه دوتایی دارای دو بدنه جداگانه، یکی برای سنسور فرستنده و دیگری برای سنسور گیرنده است. فلومتر اولتراسونیک گیره دار چه نسخه دوتایی یا تکی باشد، فقط با انواع خاصی از لوله کار می‌کند و اگر لوله آستردار یا عایق باشد، کار نخواهد کرد.

فلومترهای هیبریدی آلتراسونیک متنوع‌ترین انواع فلومترها هستند. آن‌ها می‌توانند جریان هر نوع سیالی را اندازه گیری کنند و از آنجایی که دارای هر دو روش داپلر و زمان گذر (Doppler and transit time) هستند، ترکیبی (Hybrid) در نظر گرفته می‌شوند. با سیستم‌های داپلر و زمان گذر در دسترس، فلومتر اولتراسونیک هیبریدی به کاربر اجازه می‌دهد تا روش اندازه گیری جریان را خود انتخاب کند. اگر جریان سیال حاوی ذرات باشد، از سیستم داپلر استفاده می‌شود، در حالی که برای سیالات تمیز روش زمان عبور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فلومترهای اینلاین همانطور که از اسمشان پیداست، برای اندازه گیری دبی در مسیر جریان تعبیه می‌شوند. فلومترهای اینلاین التراسونیک امروزه به طور گسترده‌ای در حال محبوب شدن هستند، زیرا نیازی به برش لوله، قطع کردن عملیات یا ایجاد تاخیر در فرآیند ندارند. فلومتر اولتراسونیک اینلاین با قابلیت استفاده فوری، یک دستگاه اندازه گیری ارزان قیمت و راحت برای کاربردهای اندازه گیری برخط ارائه می‌دهد. برای استفاده از فلومتر اولتراسونیک اینلاین، تنها لازم است برخی پارامترهای لوله را از صفحه نمایش برنامه ریزی کنید.

دبی سنج‌های قابل حمل (پرتابل) در شکل‌های مختلفی وجود دارند، و اندازه آن‌ها از یک ماشین حساب گرفته تا اندازه‌هایی مانند لپ تاپ یا چمدان متغیر است. آن‌ها دارای یک باتری قابل شارژ داخلی یا دوشاخه جریان AC هستند و می‌توانند به هر پریزی وصل شوند. داده‌های این فلومتر به صورت نمودار یا ستون نمایش داده می‌شوند و به راحتی می‌توانند به رایانه‌های دیگر منتقل شوند. سنسورهای یک فلومتر اولتراسونیک قابل حمل توسط سیم‌هایی به دستگاه متصل می‌شوند. این سنسورها را می‌توان با گیره، چفت، پیچ یا به صورت مغناطیسی به لوله متصل کرد. برای عملکرد بهینه دبی سنج، مبدل‌ها در یک مکان خاص جدا از یکدیگر قرار می‌گیرند. مانند تمام انواع دبی سنج‌های اولتراسونیک، سیگنال‌ها از طریق سیم‌ها به لوله فرستاده می‌شوند تا سرعت جریان اندازه گیری شود.

از نظر فنی، فلومترهای راداری در واقع نوعی جریان سنج اولتراسونیک نیستند، زیرا از سیگنال‌های رادار مایکروویو (microwave radar signals) برای اندازه‌گیری جریان، جرم و حجم سیال استفاده می‌کنند. اگر یک ماده دارای ثابت دی الکتریک بزرگتر از دو باشد (مانند آب یا آمونیاک)، می‌تواند سیگنال‌های رادار را منحرف کند. هرچه ثابت دی الکتریک بیشتر باشد، سیگنالی که منحرف می‌شود بیشتر است. اگرچه دبی سنج‌های راداری برای اندازه گیری دبی سیالاتی با دی الکتریک بیشتر از دو ایده آل هستند، اما نمی‌توان از آن‌ها برای موادی که دی الکتریک کمتر از دو دارند (مانند هوا، بخارات، گازها یا فوم) استفاده کرد. کانسپت جریان سنج راداری همان مفهومی است که توسط دوربین‌های کنترل سرعت پلیس هنگام تعیین سرعت وسیله نقلیه استفاده می‌شود. هنگامی که پرتو به جریان فرستاده می‌شود، سیگنال‌های منعکس شده با فرکانس کمی متفاوت منعکس می‌شوند. این تغییر فرکانس معیاری برای اندازه گیری سرعت و جهت جریان است.

در یک time of flight ultrasonic flow meter، صدا از دو طرف لوله ارسال می‌شود. سیگنالی که همراه با جریان حرکت می‌کند زودتر از سیگنال ارسال شده در جهت عکس جریان به مقصدش می‌رسد. زمان رسیدن هر سیگنال را می‌توان با تغییر فازشان اندازه گیری کرد و این تغییر فاز متناسب با سرعت سیال در لوله است.

در این روش، قرار دادن دقیق ترنسدیوسرها برای اطمینان از صحت قرائت فلومترها ضروری است. نکته کلیدی در این فرآیند، زاویه شکست سیگنال اولتراسونیک هنگام عبور از لوله است. بنابراین یک کوپلنت (couplant) اولتراسونیک بین مبدل (transducer) و لوله قرار می‌گیرد، زیرا وجود تنها یک شکاف هوا سیگنال را مخدوش می‌کند.

برای اینکه فلومتر اولتراسونیک زمان پرواز درست کار کند، جریان سیال باید آرام (laminar) و عاری از حباب‌های گاز و مواد جامد باشد، زیرا همه این موارد می‌توانند سیگنال را پراکنده یا متفرق کنند. بنابراین این روش دقیقا بر خلاف جریان سنج داپلر است که برای عملکرد صحیح به حباب یا ذرات جامد نیاز دارد. تغییرات در ترکیب یا چگالی سیال ناشی از تغییرات دما یا فشار، تأثیر کمی بر زمان دبی سنج‌های ToF دارند.

یک فلومتر التراسونیک تجمعی، مقدار گاز، مایع یا جریانی را که از یک لوله عبور می‌کند را به صورت تجمعی در هر لحظه اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه‌ها برای استفاده با لوله‌هایی طراحی شده‌اند که حاوی ذرات معلق یا حباب‌هایی با قطر 100 میکرون (μm) یا بزرگتر، به مقدار حداقل 100 قسمت در میلیون (ppm)  باشند. از آنجایی که در جریان سنج‌های اولتراسونیک معمولی، موج صوتی توسط ذرات یا حباب‌ها منحرف می‌شود، فلومتر اولتراسونیک توتالیزاسیون برای مقابله با این مشکل ایده آل است.

موارد استفاده برای این نوع جریان سنج اولتراسونیک شامل اندازه گیری جریان فاضلاب، لجن، انواع دوغاب مثل دوغاب آهک، نفت خام، فسفات‌ها و خمیر کاغذ است. به دلیل وجود حباب‌ها و ذرات معلق در جریان، دبی سنج‌های توتالیزاسیون از روش اولتراسونیک داپلر استفاده می‌کنند. انواع مختلفی از فلومترهای اولتراسونیک توتالیزاسیون، از جمله انواع گیره دار آن‌ها وجود دارد.