جریان سنج ماورای صوت- Ultrasonic Flow meters

درادامه مطالب قبلی درخصوص تشریح  اصول عمکرد ، ساختار ، مزایا و محدودیتهای عملکردی جریان سنجهای (فلومترهای) مغناطیسی و گردابی (لینک های زیر) ، دراین پست به جریان سنج ماورای صوت پرداخته میشود.

لینک جریان سنج مغناطیسی : http://calibration-info.blogfa.com/post-80.aspx

لینک جریان سنج گردابی : http://calibration-info.blogfa.com/post-81.aspx

 

1) جریان سنج  ماورای صوت[1]

اساس کار جریان سنج ماورای صوت ، انتقال امواج صوتی در یک محیط شفاف از جنبه  صوتی (محیط  آکوستیک) است. امواج ماورای صوت از طریق یک فرستنده در سیال منتشر میشود . سرعت انتشار معادل سرعت صوت است که به سیال و شرایط آن بستگی دارد .در صورتیکه سیال در حال حرکت و دارای سرعت غیر صفر باشد، سرعت مطلق انتشار امواج ماورای صوت ، جمع برداری این دو سرعت خواهد بود.معمولا امواج صوتی منتشره، پالسهای کوتاهی از امواج با فرکانسی فراتر از فرکانس شنوایی انسان که حدود 20.000 هرتز است میباشد . بصورت نوعی این فرکانس حدود 10 مگاهرتز انتخاب میشود تا موج صوتی باریک و مناسبی ایجاد شود.

توسط فرستنده، انرژی الکتریکی به شکل پالسهای کوتاهی از ولتاژ با فرکانس بالا به یک کریستال اعمال و آنرا وادار به ارتعاش میکند. اگر کریستال در تماس با سیال باشد، ارتعاش آن به سیال منتقل و درآن انتشار پیدا میکند. کریستال گیرنده در معرض این نوسانات فشاری قرارگرفته  و مرتعش میشود. با این حرکت ارتعاشی، سیگنالی الکتریکی در خروجی کریستال  پدیده بوجود میآید.

 بطور معمول جریان سنجهای ماورای صوت از یک یا چند زوج فرستنده – گیرنده ماورای صوت تشکیل میشوند که در داخل یا روی مجرای عبور سیال (مثل لوله) طوری قرار میگیرند که امواج ارسال شده توسط یکی از آنها ، توسط  دیگری دریافت و بالعکس آن میسر باشد. همیشه زوج اول با فاصله کمی در سمت پائین دست تر ، از زوج دوم قرارداده می شود .

جریان سنج ماورای صوت، میانگین سرعت سیال را در مسیر یا منطقه انتشار موج صوتی اندازه میگیرد . برای اینکه بتواند میزان جریان حجمی سیال را اندازه بگیرد ، علاوه بر سطح مقطع عبور سیال ، تاثیر پروفایل سیال عبوری و عدد رینولدزآن نیز بایستی مدنظر قرار گیرد.

 دو روش عمده اندازه گیری ، براساس اصول اندازه گیری  متفاوت ،اندازه گیری سرعت جریان سیال به روش ماورای صوت  را انجام میدهند:

• جریان سنجهای که براساس زمان پرواز [1] ( زمان گذر [2] ) کار می کنند
• جریان سنجهای ماورای صوت که براساس پدیده داپلر کار می کنند

 

2) اندازه گیری جریان براساس اندازه گیری اختلاف زمان گذر

جریان سنج ماورای صوت زمان گذر یا زمان پرواز همانطور که از اسمش پیداست، اختلاف زمانی طی شده توسط پالسهای صوتی که درجهت و خلاف جهت حرکت سیال منتشر میشوند را اندازه میگیرد و این اختلاف زمانی بعنوان سرعت میانگین سیال در نظر گرفته میشود.این نوع جریان سنج ماورای صوت،  برای سیالاتی که شفاف هستند و جذب زیادی از انرژی منتشره انجام نمیدهند و  فاقد آلودگی هستند (مثل آب)مناسب میباشد . کریستالهای این جریان سنج میتوانند درتماس باسیال و درون لوله نصب شوند یا اینکه در سطح خارجی لوله  یا بصورت کمربندی دور لوله نصب شوند.

این نوع جریان سنج از دو مجموعه فرستنده –گیرنده A و فرستنده –گیرنده B تشکیل میشوند.آنها  با فاصله ای مناسب از هم در مسیر عبور سیال طوری نصب  میشوند که فرستنده–گیرنده B نسبت به فرستنده –گیرنده A در پائین دست قرار دارد . معمولا این دو مجموعه به دو صورت قطری[3] یا بازتابی[4]   (شکل 1) برروی لوله نصب میشوند.

 

 1) حالت بازتابی                                                    2) حالت قطری

شکل 1 ) حالتهای مختلف نصب فرستنده-گیرنده ماورای صوت برروی لوله

 

 همانطور که درشکل 2 (زیر)  مشخص است، برای جریان سنج با کریستالهای نصب شده در حالت قطری ،  چون سرعت صوت بصورت برداری با سرعت جریان سیال جمع می شود ، بنابراین  رشته امواج از A به B زودتر از رشته امواج از B به A می رسند. این به این معنی است که زمان عبور موج ازA به B کوتاهتر از B به A می باشد،  یعنی  t₂ > t₁ (اگر سرعت عبور سیال بزرگتر از صفر باشد) .

 

 شکل 2  ) اندازه گیری براساس اختلاف زمان گذر(درحالت قطری)

 

اختلاف در زمان عبور Δt ،  با میانگین میزان جریان سیال عبوری  متناسب میباشد و با رابطه زیر (رابطه 1 برای حالت قطری) بیان میشود:

رابطه 1    

 

 

که:

• v  سرعت میانگین عبور سیال ( برحسب m/s)
• c  سرعت حرکت صوت در سیال (برحسب m/s)
• D  قطر لوله (برحسب m ) و برابر با L.cosa است
• L  فاصله بین دو مجموعه فرستنده – گیرنده A و B (برحسب m )
• t₁  فاصله زمانی ارسال موج توسط بخش فرستنده A و دریافت توسط بخش گیرنده B (برحسب ثانیه)
• t₂  فاصله زمانی ارسال موج توسط بخش فرستنده B و دریافت توسط بخش گیرنده A (برحسب ثانیه)
•  aزاویه بین محور مجرای عبور سیال و محور دو مجموعه  فرستنده –گیرنده A و B

 

همانطور که از رابطه فوق مشخص است ، اختلاف زمان گذر یا پرواز، معیاری خطی از سرعت متوسط جریان سیال در طول مسیر اندازه گیری است. یکی از مهمترین جنبه های رابطه فوق اینست که سرعت جریان سیال v هیچ وابستگی به سرعت حرکت صوت درسیال c ندارد . این به این دلیل اهمیت دارد که c ثابت نمیباشد و به عوامل زیادی مانند دمای سیال بستگی دارد، لذا نمیتواند رابطه خطی فوق را تحت تاثیر قراردهد و تغییرات آن خطایی در اندازه گیری پیش بیاورد.

اختلاف زمان گذر بسیار کوچک و معمولا در حد نانو ثانیه است ، لذا اندازه گیری زمان بایستی با درستی زیادی انجام گیرد . برای درک بهتر به مقادیر نوعی برای یک سیال آب جاری در یک لوله در زیر توجه کنید:

• قطر داخلی لوله  :100 میلی متر
• زاویه برخورد : 45 درجه
• سیال فرآیند: آب
• سرعت صوت درسیال : 1480 متر برثانیه
• سرعت سیال : 1 متر بر ثانیه
• زمان گذر در جهت حرکت سیال : 95.49 میکرو ثانیه
• زمان گذر در خلاف جهت حرکت سیال : 95.59 میکرو ثانیه
• اختلاف زمان گذر: 91.29 نانو ثانیه
• برای داشتن قدرت تفکیک 0.5%   قدرت تفکیک وسیله اندازه گیری زمان بایستی کمتر از 500 پیکو ثانیه باشد

سازندگان برای اندازه گیری زمان و اختلاف زمان، روشهای خاص و انحصاری خودرا دارند و معمولا از روشهای میانگین گیری چند اندازه گیری استفاده و آنرا به میزان جریان سیال تبدیل میکنند.

 

نکته 1) تعیین سرعت صوت

سرعت حرکت صوت درسیال نیز بسادگی از جمع زمانهای t₁ و t₂  بدست می آید و با رابطه زیر (رابطه 2) قابل محاسبه است:

رابطه 2           

نکته 2) معادلات جریان سنج اختلاف زمان گذر درنوع بازتابی

 برای جریان سنجی درحالتی که کریستالهای فرستنده و گیرنده امواج ماورای صوت بصورت بازتابی (شکل 1) قرار گرفته اند، رابطه سرعت متوسط جریان سیال با رابطه 1 تفاوت دارد و از رابطه زیر (رابطه 3) تبعیت میکند:

رابطه 3                

 

که:

• K  ضریب ثابت
• t₀زمان گذر برای حالتی که سیال حرکتی ندارد و سرعت آن صفر است
• tزمان گذر پالسهای صوتی از طریق دیواره لوله و پوشش آن
• سایر پارامترها مشابه پارامترهای رابطه 1 هستند

 

نکته 3 ) خطای گرایش[5]

معمولا در جریان سنجهایی که دو مجموعه گیرنده - فرستنده   متشکل از 4 کریستال درون لوله و درتماس با سیال قرار میگیرند (به اصطلاح مبدل تر شده [6]) ، بدلیل رسوب و تشکیل لایه هایی از آلودگی و ذرات موجود درسیال برروی سطح کریستالها ، طول مسیری که امواج صوتی طی میکنند در ارسال و دریافت این طولها توسط دریافت کننده یکسان حس نشود و این موضوع باعث بروز خطای گرایش در اندازه گیری خواهد شد. این بدین معنی است وقتی سرعت سیال صفر است و انتظار میرود  اختلاف زمانی صفر باشد، درعمل اختلاف زمانی اندازه گیری شده صفر نخواهد بود.

درراستای کاهش هزینه های ساخت ، کاهش یا حذف این خطا و همچنین عدم نیاز به تمیز کاری کوتاه مدت مبدل ها ی تر ، امروزه اکثر جریان سنجهای زمان گذر  از یک مجموعه فرستنده – گیرنده شامل دو کریستال (بجای چهار کریستال در مدل پایه) استفاده میکنند. درعوض از روش تسهیم زمانی[7] استفاده میکنند، طوریکه بصورت متناوب یک کریستال بعنوان فرستنده و سپس گیرنده  عمل میکند و در همان لحظه کریستال دوم بعنوان گیرنده و سپس فرستنده برای کریستال اول نقش بازی میکند. مدارات کلیدزنی[8] با سرعت بالا ، این امکان تسهیم زمانی را فراهم میکند . دراین روش، حتی با وجود لایه های رسوبی برروی سطح مبدل های تر ، طول مسیر حس شده توسط دو کریستال همیشه یکسان میباشد . افزایش ضخامت لایه ای تشکیل شده رسوبی نیز با انجام کالیبراسیون دوره ای و بدون نیاز به بازوبست کردن مبدلها از محل نصب ، خنثی و خطای ناچیزی که بمرور پیش می آید اصلاح میشود.

 

نکته 4) جریان سنج گیره ای[9]

نوع خاصی از جریان سنجهای اختلاف زمان گذر که درسطح خارجی لوله با گیره، کمربند یا زنجیر بسته میشوند و به اصطلاح به آنها جریان سنج گیره ای اطلاق میشود، برای قطر لوله های DN15 تا DN5000 و معمولا سیال آب بکار برده میشوند(شکل 3) . معمولا به دو صورت دربازار عرضه میشوند، بصورت قابل حمل برای اندازه گیریهایی که جنبه بررسی[10] دارد و نوع دوم آن بصورت نصب دائمی در محلهای صنعتی است. از نوع قابل حمل آن معمولا درکاربردهایی که لازمست بصورت دوره ای میزان جریان سیال اندازه گیری شود، مثل اندازه گیری ظرفیت خروجی پمپها، استفاده میشوند. همچنین وقتی نصب جریان سنج برروی لوله ممکن نباشد، از این نوع جریان سنجها استفاده میشود.

 

 شکل 3) جریان سنج گیره ای

 

از مزیتهای این جریان سنج گیره ای میتوان به حذف مشکل تشکیل لایه های رسوب که در نوع مبدل تر پیش می آید ، بدلیل در تماس نبودن با سیال اشاره کرد . علاوه براین راحتی نصب و امکان استفاده از لوله موجود برای سوار کردن و اجتناب از مسائل مربوط به عدم سازگاری نوع سیال و مبدل نوع تر از مزایای دیگر این نوع جریان سنج است.

در عوض این نوع جریان سنج دارای محدودیتهایی است مانند: بروز اتصال کوتاه بدلیل طی مسیر امواج از دو مسیر سیال و لوله که بخش لوله آن مطلوب نیست ، لغزش و سرخوردگی گیره و کمربند برروی لوله که منجر به تغییر در طول مسیر موج میشود و  تاثیرات نا مطلوب تغییرات دمایی محیط و انبساط و انقباض پیامد آن که روی درستی اندازه گیری اثر میگذارد.

 

3 ) اندازه گیری براساس پدیده داپلر[11]

این روش قدیمی در سال 1842 میلادی توسط کریستین داپلر کشف شد. اثر دوپلرهم با صوت و هم با امواج الکترومغناطیسی قابل ایجاد است . براساس این پدیده، وقتی یک منبع بصورت ثابت درمحیط قرار گرفته شده باشد و امواجی با فرکانس f_t در محیط منتشر کند، و گیرنده درحال نزدیک شدن به منبع با  سرعت v-  ، یا دور شدن ازآن  با سرعت v+ باشد  ، فرکانسی که گیرنده دریافت می کند یعنی f_r  ،  باآنچه فرستنده ارسال میکند یعنی f_t   متفاوت خواهد بود . در صورتیکه حرکت به سمت منبع باشد فرکانس دریافت شده f_r  افزایش و در صورتیکه در حال دور شدن از منبع باشد فرکانس f_r  کاهش خواهد یافت.  علت این پدیده نیز سرعت ثابت حرکت موج c  در محیط  است. اثر داپلر را با رابطه 4 میتوان بیان کرد :

 رابطه 4           

 

 که:

• f_r  فرکانس دریافت شده توسط گیرنده (برحسب Hz)
• f_t   فرکانس ارسال شده توسط فرستنده (برحسب Hz)
• c  سرعت حرکت  موج در سیال (برحسب m/s)
• v  سرعت فرستنده و گیرنده نسبت به هم  (برحسب m/s)

در رابطه فوق علامت + برای وقتی است که فرستنده و گیرنده از هم دور میشوند و علامت – برای وقتی است که آنها به سمت هم حرکت میکنند.

در جریان سنجهایی که براساس پدیده داپلر کار میکنند ، در طی اندازه گیری ، منبع ارسال موج  یعنی مبدل فرستنده ودریافت کننده آن یعنی مبدل فرستنده نسبت به یکدیگر ثایت بوده و برروی لوله (و نه دردرون لوله) نصب میشوند. عامل درحال حرکت نسبت به فرستنده و گیرنده، سیال درحال حرکت است که با سرعتv از یکی دور و به دیگری نزدیک میشود.فرستنده نیز امواجی ماورای صوت با سرعت c در سیال منتشر میکند.

 

در حالیکه جریان سنجهای نوع اختلاف زمان گذر، بطور نسبی  نیاز به سیال تمیز دارند تا پراکنش[12] و تضعیف سیگنال به حداقل برسد ، جریان سنجهای نوع داپلر در صورتی کار میکنند که ذرات یا حبابهایی از هوا یا گاز درون سیال برای انعکاس امواج وجود داشته باشد. این ذرات بایستی در سیال معلق و با سرعتی معادل سرعت سیال درحال حرکت در جهت حرکت سیال باشند و تعداد و اندازه آنها به اندازه کافی باشد تا اندازه گیری با این روش از درستی مناسبی برخوردار شود. بطور مثال در یک لوله 200 میلی متری ، 10% حجم آن بایستی حاوی ذرات بااندازه تقریبی 40 میکرومتر یا 0.2% آن حاوی ذرات 100 میکرومتر باشد .

 

در این جریان سنج ، فرستنده موج پیوسته ای از ماورای صوت درفرکانس 0.5 تا 10 مگاهرتز رادرون سیال درحال حرکت با یک زاویه ثابت منتشر میکند (شکل 4) .

شکل 4الف) جریان سنج داپلر نوع گیره ای(دو مبدل)

---

 

شکل 4 ب) جریان سنج داپلر  یکپارچه (تک مبدل)

 

این موج ماورای صوت با فرکانس f_t  به ذرات درحال حرکت که سرعت آنها با سرعت سیال یعنی v یکسان فرض میشود، برخورد میکند .طول موج ارسالی  از رابطه شناخته شده 5تبعیت میکند:

رابطه 5     

چون ذرات درحال دورشدن از فرستنده ثابت هستند ، مطابق رابطه 4 فرکانس مشاهده شده توسط ذرات برخوردشده f_pبزرگتر و طول موج آن l_p کوتاهتر حس خواهدشد  . چون  ذره منعکس کننده ، با سرعت v از فرستنده درحال دور شدن است و همچنین با توجه به زاویه ای که مولفه سرعت سیال درراستای موج  منتشره میسازد، لذا مولفه موثر سرعت    v.cos  خواهد بود و   طول موج حس شده توسط ذره درحا ل حرکت کوتاهتر شده و از رابطه 6بدست می آید:

رابطه 6   

درادامه ، مبدل گیرنده، فرکانس منعکس شده را بازاویه ای مساوی زاویه برخورد زاویه   ، دریافت میکند. چون درهرلحظه ذره درحال دورتر شدن است، طول موج دریافتی در محل گیرنده بازهم طبق رابطه زیر کوتاهتر میشود:

رابطه 7       

اختلاف این دو فرکانس ارسالی f_tو دریافتی f_r ،یعنی رابطه 8 میتواند برای تعیین سرعت سیال مورد استفاده قرار گیرد:

رابطه 8   

چون سرعت موج ماورای صوت c بسیار بیشتر از سرعت سیال v میباشد، میتوان از عبارت 2v.cos در مقابل c در مخرج کسر رابطه 8 صرف نظر کرد و به رابطه  9 که  معیاری خطی از سرعت حرکت سیال خواهد بود، دست پیدا کرد:

رابطه 9

که :

• f_r  فرکانس دریافت شده توسط گیرنده (برحسب Hz)
• f_t   فرکانس ارسال شده توسط فرستنده (برحسب Hz)
• deltaf  اختلاف فرکانس ارسالی و دریافتی یا فرکانس ضربان[13] (برحسب Hz)
• c  سرعت حرکت  موج در سیال (برحسب m/s)
• teta زاویه ارسال موج به سمت سیال (برحسب درجه)
• v  سرعت حرکت سیال  (برحسب m/s)

 

همانطور که از رابطه 9 پیداست، اختلاف فرکانس به سرعت صوت درسیال c بستگی دارد و شاید مناسب بنظر نرسد، ولی اینچنین نیست و درعمل میتوان نشان داد که تغییرات در c منجر به تغییرات در cos tetaمیشود و تغییرات این دو  یکدیگر را خنثی میکنند و رابطه خطی بین سرعت سیال و اختلاف فرکانس برقرار خواهد ماند.

 

نکته 1) استفاده از تحلیل فوریه در پردازش داده ها

در عمل سیگنال دریافتی در محل مبدل گیرنده ،بجای اینکه یک موج خالص سینوسی باشد، یک سیگنال پیچیده ، مخلوطی و دارای فرکانسهای ضربانی از تفاضل و جمع فرکانسهای f_t و f_r خواهد بود. لذا بااستفاده از تحلیل شناخته شده فوریه FFT[14] ، محتوای فرکانسی مورد نظر از سیگنال پیچیده استخراج و سیگنال با حداکثر دامنه و با فرکانسی برابر اختلاف دو فرکانس (deltaf) از آن جدا و بعنوان معیاری برای میزان جریان سیال استفاده میشود.

روش تغییر یافته این مدل پایه FFT ، استفاده از دو فرکانس مختلف برای سیگنال ارسالی است. دراین روش بهبود یافته، با استفاده از روشهای پردازش ویژه FFT ، بطور اثر بخشی سیگنالهای مزاحم ونویز از سیگنال اصلی جدا و حذف میشود. سیگنالهای نویز معمولا توسط درایوهای مورد استفاده برای پمپهای الکتریکی که برای پمپاژ سیال استفاده میشوند و در محیط وجوددارند ایجاد میشوند.

 

نکته 2)  جریان سنج یکپارچه و جریان سنج گیره ای

همانطور که از شکل 4 معلوم است، جریان سنج داپلربه دو صورت طراحی میشود. جریان سنجی که دو مبدل جداگانه دارد(شکل 4 الف) و جریان سنجی که فقط یک مبدل دارد(شکل 4 ب) .

در جریان سنجی که دو مبدل جداگانه دارد (جریان سنج گیره ای)، کریستال فرستنده در یک مبدل و کریستال گیرنده در مبدل دیگر قرار داده میشود. تنظیم و از آن مهمتر هم محور نمودن[15] آنها نسبت به هم ، اهمیت خاصی در درستی اندازه گیری دارد و این تنظیمات توسط کاربر در محل نصب انجام میشود و نیاز به پیش بینی تمهیدات لازم برای نصب موقت یا دائم برروی لوله دارد.

در جریان سنجی که یک مبدل دارد(جریان سنج یکپارچه)،  هردو کریستال فرستنده و دریافت کننده موج در یک مجموعه جاگذاری شده اند . معمولا تنظیم کریستال این نوع جریان سنج توسط سازنده انجام میشود و نصب ان راحت است. این نوع طراحی ، برای وقتی تعداد ذرات موجود درسیال زیاد و سرعت سیال در نزدیک دیواره لوله کمتر از سرعت میانگین ومرکز آن است ، خطای زیادی دارد .در اینصورت توصیه میشود از طراحی جریان سنج با دو مبدل یا گیره ای استفاده شود.

 

نکته 3) اندازه گیری سرعت نقطه ای[16]

در جریان سنج داپلر نوع یکپارچه (شکل 4 ب) منطقه ای که برای اندازه گیری تحت پوشش قرار میگیرد، شامل حجم محصور بین امواج ارسالی و دریافتی است که درمقایسه با حجم  جریان سنج کوچکتر است و جریان سنج داپلر ، سرعت میانگین سیال دراین منطقه محدود را اندازه می گیرد و میتوان ادعا کرد بگونه ای سرعت نقطه ای را اندازه می گیرد. با کالیبراسیون جریان سنج و با شرط اینکه پروفایل جریان سیال ثابت باشد ، می توان این سرعت نقطه ای را به کل حجم جریان سنج تعمیم داد. در صورتیکه هدف اندازه گیری سرعت نقطه ای سیال باشد، این از مزیتهای جریان سنج داپلر با یک مبدل خواهد بود.

 

نکته 4) اندازه گیری سرعت جریان خون در رگ ها

اگر بجای استفاده از امواج پیوسته صوتی، از سیستم ارسال پالس های صوتی استفاده شود، میتوان پروفایل سرعتی جریان دررگ های خونی را با استفاده از جریان سنج ماورای صوت بدست آورد.

 

نکته 5) اندازه گیری با سرعت سنج هایی با چند مبدل

برای بهبود عملکرد و درستی اندازه گیری برای لوله های با قطر بزرگ، برخی سازندگان جریان سنجهای دو، چهار یا بیشتر زوج مبدل که میتوانند همزمان مسیرهای متفاوتی برای انتشار و دریافت موج در سیال ایجاد کنند به بازار ارائه کرده اند.

  

4 ) ملاحظات درنصب جریان سنج های ماورای صوت

بطور کلی جریان سنجهای ماورای صوت (زمان گذر و داپلر) ،  الزامات خاصی برای نصب ، بجز اینکه لازمست روی لوله یا درون آن نصب شوند ندارند. با اینحال رعایت موارد زیر توصیه می شود :

• برای نصب محلی را انتخاب کرد که عاری از ارتعاشات باشد،  بالخصوص وقتی از جریان سنج نوع داپلر استفاده میشود، زیرا نوسانات باعث ایجاد سیگنالهای خطا واشتباه مدارات الکترونیکی می شود
• برای اندازه گیری درست ومطمئن ، پروفایل مناسبی ازسیال بایستی ایجاد شود. به همین دلیل لازمست لوله های متعادل کننده 10 تا 20 برابر قطر لوله در بالا دست و 5 برابر قطر در پایین دست جریان سنج نصب شده باشد تا درستی در حد 2 درصد را بتواند ارائه کند
• شیرهای پیلوت (سوپاپ تنظیم ) که نزدیک به پشت جریان سنج نصب می شوند ، تاثیر منفی روی اندازه گیری دارند . این تاثیر وقتی سرعت های مافوق صوت[17]  یا  کاویتاسیون[18] پیش بیاید بیشتر خواهد بود
• اگرفرآیند بگونه ای است که ، لوله نسبتا خالی است ، بهتر است از جریان سنج داپلر با یک مبدل استفاده کرد و آنرا در زیر لوله نصب کرد
• جنس لوله ای که جریان برروی آن نصب میشود، باید بگونه ای باشد که جاذب امواج صوتی نباشد . موادی مانند لوله های سیمانی، سفالی ، چدنهای متخلخل جاذب امواج ماورای صوت هستند.
• بسته به نوع سیال ، جنس مبدل (ها) و حفاظ ها و نگهدارنده های آنها بایستی طوری باشد که صدمه شیمیایی نبیند

 

 5) مشخصات جریان سنج های ماورای صوت

• افت فشار دائمی درلوله بوجود نمی آورد
• اجزای متحرک ندارد و نیاز به نگهداری و تعمیرات حداقلی دارد
• گستره اندازه گیری آن وسیع است
• امکان اندازه گیری بدون تماس با سیال (بصورت گیره ای بر روی لوله )را مهیا میکند
• برای هر محیطی  نیاز به کالیبراسیون جداگانه دارد
•  برای درستی اندازه گیری ، تثبیت پروفایل جریان سیال بالخصوص برای جریان سنج نوع داپلراهمیت دارد
• برای قطرهای کوچک مشکل دارد ودرخصوص جریان سنجهای زمان گذر این مشکل بیشتر است
• جریان سنج نوع اختلاف زمان گذر ،فقط برای سیال مایع که از نظر صوتی شفاف است مناسب میباشد ، وجود ذرات جامد یا حباب درسیال باعث تضعیف موج میشود و تضعیف حبابهای هوا وگاز از ذرات جامد بیشتر است
• جریان سنج نوع داپلر، به مقدار کمی ونه خیلی زیاد آلودگی درسیال مایع برای اثرداپلر نیاز دارد
• درستی اندازه گیری جریان سنج زمان گذر، حدود 1 تا 2 درصد جریان سیال است و بستگی به طراحی، سرعت سیال، اندازه لوله و فرآیند دارد و تکرار پذیری آن نیز حدود 0.5 درصد بوده و به سرعت سیال و کالیبراسیون وابسته است. نوع گیره ای آن معمولا توان ارائه درستی 1درصد راندارد.
• درستی اندازه گیری جریان سنج داپلر درحدود 3 درصد پهنه اندازه گیری میباشد و به سرعت سیال، اندازه لوله و کالیبراسیون جریان سنج وابسته است. تکرار پذیری آن نیز حدود 1درصد حداکثر بازه اندازه گیری است
• حداکثر دمای کاری جریان سنج داپلر، 100 درجه سلسیوس است
• در جریان سنج داپلر، سرعت سیال بایستی آنقدر باشد که بتواند ذرات جامد را درحالت معلق درسیال نگهدارد و آنها ته نشین نشوند.
• جریان سنج داپلر بیشتر برای سیالات مایع استفاده میشود . اما برای گازها و بخارات و حتی بخارات دمای بالا نیز قابل استفاده است. درحال حاضر 70درصد بازار آنها برای مایعات و 30درصد برای گازها و بخارات است.بطور مثال برای گاز مشعل نیروگاهها بطور عموم ازاین جریان سنج استفاده میشود. نوع گیره ای آن فقط برای مایعات کاربرد دارد.

 

شکل 5  ) چند نمونه جریان سنج ماورای صوت

 

منبع : حسگرهای اندازه گیری جریان سیالات-محسن جزمی تابستان 94

برچسب‌ها: جریان سنج ماورای صوت, جریان سنج اختلاف زمان گذر, جریان سنج داپلر, Ultrasonic Flow meter, ultrasonic flowmeter آنچه درمورد صنعت نسل 4 (Industry 4.0) یا انقلاب صنعتی چهارم بایستی دانست...