سنسور جریان اولتراسونیک (Ultrasonic Flow Meter)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور جریان اولتراسونیک (Ultrasonic Flow Meter) :
سنسور جریان اولتراسونیک یک فلومتر غیرتماسی است که از امواج صوتی با فرکانس بالا برای اندازه گیری سرعت جریان مایعات و گازها استفاده می کند. این سنسورها بدون ایجاد مانع در مسیر جریان (غیرمزاحم) هستند و افت فشار ایجاد نمی کنند. دو تکنولوژی اصلی در فلومترهای اولتراسونیک وجود دارد: روش زمان عبور (Transit-time) و روش داپلر (Doppler).
روش زمان عبور (Transit-time): این روش برای سیالات تمیز و بدون حباب یا ذرات معلق مناسب است. دو مبدل اولتراسونیک روی لوله، معمولا به صورت مورب روبروی هم قرار می گیرند. هر مبدل به نوبت به عنوان فرستنده و گیرنده عمل می کند. یک پالس اولتراسونیک در جهت جریان و پالس دیگری در خلاف جهت جریان ارسال می شود. زمان حرکت پالس در جهت جریان (
\[ t_{down} \]) کمی کمتر از زمان حرکت در خلاف جهت (
\[ t_{up} \]) است. اختلاف این دو زمان (
\[ \Delta t \]) متناسب با سرعت جریان سیال (
\[ v \]) است:
\[ v \propto \frac{\Delta t}{t_{up} t_{down}} \]. با داشتن سطح مقطع لوله، دبی حجمی محاسبه می شود.
روش داپلر (Doppler): این روش برای سیالات کدر حاوی ذرات معلق یا حباب مناسب است. یک مبدل اولتراسونیک با فرکانس مشخص به درون سیال می تابد. امواج صوتی به ذرات متحرک برخورد کرده و با فرکانس متفاوتی بازمی گردند (تغییر فرکانس داپلر). این تغییر فرکانس (
\[ \Delta f \]) متناسب با سرعت ذرات (و در نتیجه سرعت جریان) است:
\[ \Delta f = \frac{2f v \cos\theta}{c} \]که
\[ f \]فرکانس ارسالی،
\[ v \]سرعت ذره،
\[ \theta \]زاویه تابش و
\[ c \]سرعت صوت در سیال است.
\[ v = \frac{L}{2 \cos\theta} \left( \frac{1}{t_{down}} - \frac{1}{t_{up}} \right) \quad \text{(Transit-time)} \]مزایا:
اندازه گیری غیرتماسی (بدون افت فشار، بدون قطعات متحرک).
مناسب برای طیف وسیعی از سیالات و قطر لوله ها.
نصب آسان (مدل های کلمپی - clamp-on که روی لوله نصب می شوند).
دقت خوب در روش زمان عبور.
معایب:
روش زمان عبور به سیالات تمیز نیاز دارد (حباب یا ذرات می توانند سیگنال را مختل کنند).
روش داپلر به وجود ذرات یا حباب نیاز دارد و برای سیالات تمیز کار نمی کند.
تحت تأثیر تغییرات سرعت صوت در سیال (که به دما و ترکیب وابسته است) قرار می گیرد (در روش زمان عبور جبران می شود).
مدل های کلمپی برای لوله های با جنس و ضخامت خاص کالیبره می شوند.
کاربردها: اندازه گیری جریان آب و فاضلاب، مواد شیمیایی، هیدروکربن ها، خمیر کاغذ، دوغاب، و در صنایع دارویی و غذایی.
