فلومتر التراسونیک

در دهه 1960 با ورود این فناوری به صنعت، راهی نوین برای اندازه‌گیری حرکت سیالات پدید آمد که بدلیل دقت بالا و غیرتماسی بودن، بسرعت جایگاه ویژه‌ای در صنایع مختلف یافت. آیا علاقه‌مندید بدانید چگونه این تکنولوژی، در گذر زمان به یکی از ابزارهای اساسی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی تبدیل شد؟ در ادامه این مقاله از آداک فرآیند سپهر شما را با جزئیات بیشتری از این تحول آشنا می‌کنیم.

فلومتر التراسونیک چیست؟
فلومتر التراسونیک (Ultrasonic Flowmeter) یکی از پیشرفته‌ترین دستگاه‌های اندازه‌گیری فلوی سیالات است که با بهره‌گیری از فناوری امواج فراصوت، بشکلی دقیق و غیرتماسی حرکت مایعات و گازها را در لوله‌ها اندازه‌گیری می‌کند. فلومتر التراسونیک نه تنها دقت بالایی دارد، بلکه بدلیل عدم تماس مستقیم با سیال، از سایش و خوردگی جلوگیری کرده و دوام طولانی‌تری نسبت به سایر دستگاه‌ها دارد.

در این دبی‌سنج هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد، بنابراین استهلاک مکانیکی نیز قطعا وجود نخواهد داشت. این مزیت طول عمر دستگاه را افزایش می‌دهد. برخی از مدل‌ها حتی بدون نیاز به برش یا دستکاری لوله‌ها، بصورت کلمپی (Clamp-on) روی لوله نصب می‌شوند. این ویژگی نصب آسان، دبی مترهای التراسونیک را به انتخابی ایده‌آل برای سیالات با فشار بالا، سیالات خورنده، و محیط‌هایی که محدودیت در نصب وجود دارد، تبدیل کرده است.

بدلیل عملکرد قابل اعتماد، دقت عالی و تطبیق‌پذیری با شرایط مختلف، فلومیترهای التراسونیک بعنوان ابزاری برتر در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع غذایی و بسیاری از کاربردهای صنعتی دیگر شناخته می‌شوند.

اساس و نحوه‌ی کار فلومتر التراسونیک
این دبی سنج از اصول فیزیکی امواج صوتی استفاده می‌کند تا سرعت و حجم عبوری سیالات را در لوله های انتقال اندازه‌گیری کنند. در ادامه نحوه کار این دستگاه را شرح می‌دهیم.تولید امواج التراسونیک: دستگاه دارای ترانسدیوسر مجهز به سنسور پیزوالکتریک است که قادر به تولید امواج التراسونیک هستند. این امواج با فرکانس بالا (معمولاً در محدوده 1 تا 5 مگاهرتز) توسط حسگرها ایجاد می‌شوند.

امواج التراسونیک پس از انتشار، در مسیر حرکت سیال حرکت کرده و پس از برخورد با ذرات موجود در سیال، انعکاس پیدا می‌کنند. در این مرحله، حسگرهای گیرنده موجود در دستگاه، امواج بازتاب‌شده را دریافت می‌کنند. این فرآیند دقیقاً به شرایط سیال و سرعت حرکت آن وابسته است.

یکی از پارامترهای کلیدی در عملکرد فلومیتر، محاسبه زمان انتقال یا زمان تاخیر بین ارسال و دریافت امواج است. با توجه بمدت زمانی که طول می‌کشد تا امواج از حسگر فرستنده به حسگر گیرنده برسند، سرعت عبور سیال بدقت اندازه‌گیری می‌شود. زمان تاخیر بیشتر، نشان‌دهنده سرعت بالاتر سیال است و این ارتباط مستقیم بین سرعت و زمان انتقال، اساس محاسبات تجهیز را تشکیل می‌دهد.

پس از اندازه‌گیری دقیق سرعت مایع یا گاز، اطلاعات دبی بصورت عددی یا گرافیکی در نمایشگر دستگاه نمایش داده می‌شود. همچنین این داده‌ها به سیستم‌های کنترلی مانند PLC یا دیتا لاگرها ارسال می‌شوند تا امکان نظارت و کنترل دقیق‌تر فراهم شود.

انواع فلومتر التراسونیک
فلومترهای التراسونیک انواع گوناگونی دارند که هرکدام براساس نوع سیال و شرایط محیطی خاص خود کاربرد دارند.

روش اثر داپلر (Doppler Effect)
روش زمان عبوری (Transit Time)
هر یک از این روش‌ها، برای انواع خاصی از سیالات مناسب‌اند و بسته به شفافیت و خواص سیال، مزایای خاصی ارائه می‌دهند.

روش اثر داپلر (Doppler Effect)

در روش داپلری، امواج صوتی با زاویه‌ای خاص بسمت سیال ارسال می‌شوند. اگر سیال حاوی ذرات معلق یا حباب‌های ریز هوا باشد، امواج پس از برخورد با این ذرات منعکس می‌شوند. تغییر فرکانسی که پس از انعکاس ایجاد می‌شود (اثر داپلر)، نشان‌دهنده سرعت و حرکت سیال است. از آنجا که روش داپلر به ذرات معلق در سیال وابسته است، بیشتر در کاربردهایی که سیال ناخالص یا حاوی ذرات است، مثل فاضلاب، سیالات دوغابی و سیالاتی با ناخالصی بکار می‌رود. این روش بدلیل مقاومت در برابر شرایط نامطلوب و سیالات چگال، انتخابی ایده‌آل برای محیط‌های صنعتی سنگین است.

روش زمان عبوری (Transit Time)

در این نوع فلومتر، از دو سنسور استفاده می‌شود: یک فرستنده و یک گیرنده. سنسور فرستنده، پالس‌های انرژی فراصوتی را در عرض لوله ارسال می‌کند و سنسور گیرنده این پالس‌ها را دریافت می‌کند. مدت زمانی که پالس‌ها برای عبور از لوله نیاز دارند، با سرعت جریان سیال ارتباط مستقیم دارد. زمانی که سیال در حال حرکت است، پالس‌ها در جهت موافق سریع‌تر و در خلاف جهت سیال کندتر حرکت می‌کنند. با مقایسه زمان‌های عبور در هر دو جهت، می‌توان سرعت عبور سیال را با دقت بالایی اندازه‌گیری کرد. این روش برای سیالات تمیز و بدون ذرات معلق مناسب است و دقت بالایی در اندازه‌گیری دارد.

فلومتر التراسونیک زمان پرواز امواج فراصوت را از دو طرف لوله ارسال می‌کند. امواج از طرف فرستنده حرکت میکند و با عبور از سیال در حال حرکت به گیرنده می‌رسد. مدت زمان رسیدن و تغییر فاز امواج با سرعت حرکت سیال متناسب است. نصب صحیح مبدل ها برای اطمینان از دقیق بودن قرائت نهایی الزامی و ضروری است. نکته کلیدی در این فرآیند، زاویه شکست سیگنال التراسونیک هنگام عبور از لوله است. بهمین علت یک کوپلنت التراسونیک بین مبدل و لوله قرار می گیرد تا شکاف هوایی یا Gap، امواج فراصوت را مخدوش نکند.

منبع