فلومتر اولتراسونیک یا دبی سنج چیست؟ انواع آن کدامند؟

فلومتر چیست ؟ و انواع فلومتر یا دبی سنج ( جریان سنج )

فلومتر اولتراسونیک یا دبی سنج چیست؟ فلومتر که با نام های دبی سنج و  جریان سنج نیز شناخته می شوند، دستگاهی است که برای اندازه‌ گیری سرعت جریان یا کمیت گاز یا مایع حرکت می‌کند. کاربردهای فلومتر یا جریان سنج بسیار متنوع هستند و هر موقعیت دارای محدودیت‌های خاص و الزامات مخصوص به خود را دارند. فلومتر یا دبی سنج برای ارایه نظارت دقیق و  یا کنترل جریان استفاده می‌شود.

جریان سنج

فلومتر (یا سنسور جریان) مناسب ترین ابزار برای اندازه گیری مقدار عبور و میزان سرعت جریان خطی، جریان غیرخطی، جریان جرمی یا جریان حجمی سیال ( مایع یا گاز ) استفاده می گردد. یکی از مهم ترین پارامتر های اندازه گیری در صنایع مختلف مربوط به سیالات که از اهمیت ویژه ای برخوردار است اندازه گیری جریان سیالات می باشد و میتوان گفت که اندازه گیری جریان ( فلو ) پس از اندازه گیری دما مهمترین کمیت محسوب می گردد.

با توجه به مهم بودن اندازه گیری این کمیت ( فلو ) و تنوع فرآیند در صنایع مختلف ، در طی سالها ، پروسه تولید فلومتر ها با پیشرفت در تنوع اندازه گیری توانسته از روش های بسیاری جریان را اندازه گیری نماید ، لذا انتخاب نمودن جریان سنج مناسب برای هر کاربرد نیاز به دانش کافی نسبت به روشهای گوناگون اندازه گیری جریان و توجه به پارامترهایی همچون دقت اندازه گیری، قیمت فلومتر، هزینه کالیبراسیون و تعمیرات و نگهداری، سازگاری عملکرد Flowmeter با مجموعه ، نوع سیال و… می باشد. جریان سنج ها برای تعیین مقدار سیال ( جریان ) عبوری از لوله به کار می روند . فلو عمدتا به وسیله اندازه گیری سرعت ، در طول یک سطح مقطع مشخص، اندازه گیری می گردد.

فلومتر ها دستگاه‌ های اندازه‌ گیری دقیق و پیچیده‌ ای هستند که طیف وسیعی از فناوری‌ ها را به کار می‌ گیرند که برای مشخص نمودن کمیت میزان یا حجم سیال متحرک ، اعم از مایع یا گاز ، در مجرای باز یا بسته طراحی گردیده اند. نوع فلومتر مورد استفاده قرار گرفته در صنایع بسته به کاربرد متفاوت میباشد ، اما کوریولیس ، فشار دیفرانسیل ، مغناطیس سنج ( مگ متر )، الکترومغناطیسی ، دنده بیضی شکل ، ( ترمال ) حرارتی ، فلکه ای و اولتراسونیک جزء متداول‌ ترین فناوری‌ های مورد استفاده میباشند.

فن‌آوری‌ های اولیه دبی سنج ها بیشتر تشکیل شده از مکانیک بودند اما فن‌آوری‌ های جدید تر کمتر مکانیکی و الکترونیکی‌ تر میباشند ، اما همه فن‌آوری‌ های فلومتر با افزودن پیشرفت‌ های الکترونیکی از جمله پروتکل‌ هایی که کنترل دیجیتال را امکان‌ پذیر می‌ نمایند ، بسیار بهبود یافته‌ اند . این فلومتر ها در ارتباط با سایر عناصر کنترلی ، به ویژه شیر ها ، برای کنترل جریان در تولید خدمت می کنند.

انواع فلومتر یا جریان سنج ( دبی سنج ):

فلومتر جرمی , فلومتر توربینی , فلو سوئیچ , فلومتر اورفیس پلیت , مس فلومتر , روتامتر , فلومتر ورتکس , فلومتر التراسونیک , فلومتر الکترو مگنتیک , فلومتر جرمی , فلومتر اولترا سونیک , فلومتر مغناطیسی , فلومتر آب یا فلومتر مایعات , فلومتر گاز یا فلومتر هوا , فلومتر اریفیس پلیت , فلومتر روتاری ,  فلومتر آلتراسونیک  , فلومتر نازل  ,  فلومتر ترمال مس , فلومتر ونتوری , فلومتر کوریولیس ,  فلومتر پیتوت تیوب ( لوله )

دبی سنج یا فلومتر آلتراسونیک چیست؟

فلومتر اولتراسونیک نوعی جریان سنج است که سرعت مایعات را اندازه گیری می کند. با استفاده از مبدل های اولتراسونیک، فلومتر می تواند سرعت متوسط را در امتداد مسیر پرتوی التراسونیک ساطع شده، با میانگین اختلاف زمان اندازه گیری شده بین پالس های التراسونیک منتشر شده در جهت جریان و یا با اندازه گیری تغییر فرکانس اندازه گیری کند. فلومتر التراسونیک بر اساس روش اندازه گیری دارای سه مدل می باشد:

• فلومتر انتقالی یا جابجایی زمانی روش اندازه گیری بر حسب اختلاف زمانی سنسورهای فرستنده و گیرنده امواج
• فلومتر بازتابی یا داپلر بر حسب اثر داپلر مبتنی بر تغییر امواج صوتی
• فلومتر جریان کانال باز بر حسب روش اندازه گیری کانال های روباز

مشخصات فنی فلومتر التراسونیک

یکی از انواع فلومتر، فلومترهای التراسونیک هستند که تحت تأثیر خصوصیات صوتی سیال مایع هستند و بسته به دبی می توانند تحت تأثیر دما، چگالی، گرانروی و ذرات معلق قرار بگیرند. فلومتر التراسونیک از نظر قیمت خرید بسیار متفاوت هستند اما استفاده و نگهداری آنها اغلب ارزان می باشد زیرا بر خلاف فلومترهای مکانیکی از قطعات متحرک استفاده نمی کنند. فلومتر التراسونیک دارای خروجی دیجیتالی می باشد. انواع فلومترهای التراسونیک از لحاظ قرارگیری روی خطوط لوله:

• فلومتر آلتراسونیک کمربندی (Clamp On)
• فلومتر آلتراسونیک در خط (In Line)

فلومتر التراسونیک Clamp On (کلمپی)

سنسورها به صورت Clamp On به خط لوله متصل می باشند و برای جلوگیری از اتصال سنسورها به لوله در اثر گذشت زمان، در زیر سنسورها ژل یا گریس استفاده می شود.

فلومتر التراسونیک In Line

در این حالت فلومتر در مسیر خطوط لوله قرار می گیرد و سنسورها مستقیما در تماس با سیال بوده و دقت اندازه گیری فلومتر بسیار بالاتر می باشد و در حدود  0.75 تا 1 درصد است.

انواع فلومتر التراسونیک

روش جابجایی زمانی

اندازه گیری فلو در فلومتر التراسونیک که از تجهیزات اندازه گیری فلو بوده، به روش جابجایی زمانی به شرح زیر می باشد:

• فلومتر جابجایی زمانی نوع Z یا Z – factor
• فلومتر جابجایی زمانی نوع V یا V –factor

فلومتر جابجایی زمانی نوع Z یا Z – factor

در این روش سنسور ها به صورت Clamp On (کلمپی) به خط لوله متصل می باشند و فرکانس کاری 850 کیلوهرتز تا 1.5 مگا هرتز می باشد. فلومتر اولتراسونیک تفاوت بین زمان عبور پالس های اولتراسونیک را که با جهت جریان ارسال می شوند، را اندازه گیری می کنند. این اختلاف زمانی اندازه گیری شده، متناسب با سرعت متوسط مایع در امتداد مسیر پرتو اولتراسونیک می باشد.

از یکی از سنسورها سیگنالی ارسال می شود و بعد از یک یا دو ثانیه مکث، سنسور دیگر سیگنالی را باز ارسال می کند. اگر زمان رفت سیگنال Tup و زمان برگشت سیگنال Tdown باشد. آنگاه خواهیم داشت:

C – v cos∝ = L/tup

C + v cos∝ = L/tdown

در روابط فوق C سرعت موج التراسونیک داخل سیال، V سرعت حرکت سیال، L فاصله دو سنسور از یکدیگر، ∝ زاویه بین امواج التراسونیک و محور اصلی خط لوله می باشد.

فلومتر جابجایی زمانی نوع Z یا Z – factor برای سیالات تمیز و عاری از هرگونه ذره جامد یا حباب کاربرد دارد. در خطوطی که سایز لوله 4 تا 156 اینچ باشد، می توان از این نوع فلومتر استفاده کرد. اما در خطوط با سایز کمتر از 4 اینچ به دلیل اینکه زمان ارسال امواج کوچک می باشد و نمی توان این زمان را اندازه گیری کرد و غیر قابل کاربرد هستند.

فلومتر جابجایی زمانی نوع V یا V–factor

در این روش سنسورها در یک طرف لوله و به فاصله حدودی قطر لوله از یکدیگر قرار می گیرند. سیگنال های ارسالی از سنسورها پس از برخورد به طرف دیگر مسیر، بازتابیده می شود و توسط سنسور دیگر دریافت می شود. فلومتر جابجایی زمانی نوع V یا V –factor برای سیالات تمیز و عاری از ذرات کاربرد دارند و برای لوله هایی با سایز 2 تا 4 اینچ مورد استفاده قرار می گیرند.

روش داپلر

روش دیگر در اندازه گیری جریان مافوق صوت، استفاده از شیفت داپلر است که در نتیجه انعکاس پرتوی اولتراسونیک از مواد منعکس کننده صوتی مانند ذرات جامد یا حباب های هوای فرو رفته در یک مایع در حال جریان یا تلاطم خود مایع حاصل می شود. سنسور های پیزو الکتریک در یک سمت قرار می‌گیرند و فرکانس کاری مربوط به آن ها 640 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز می باشد. فلومترهای داپلر برای دوغاب، مایعات دارای حباب، گازهایی با ذرات منعکس کننده صدا استفاده می شود. در مواردی مانند سرویس های فاضلاب یا پساب ها به دلیل انفصال و عدم تداوم در موج صوتی از روش دوپلر استفاده نمی شود.

فلومتر التراسونیک کانال باز

در فلومتر التراسونیک کانال باز، سنسور اولتراسونیک، ارتفاع آب در کانال باز را اندازه گیری می کند و بر اساس هندسه کانال می توان جریان را از ارتفاع تعیین کرد. سنسور اولتراسونیک معمولاً یک سنسور دما نیز به همراه دارد، زیرا سرعت صدا در هوا تحت تأثیر دما قرار می گیرد.

فلومتر التراسونیک پرتابل

فلومتر التراسونیک پرتابل برای اندازه گیری جریان سیالات در لوله های تحت فشار نیازی به برش یا باز کردن خط لوله ندارد و در دو حالت ثابت و متحرک مقادیر فلو یا دبی را اندازه گیری می کنند. با توجه به متحرک بودن این تجهیز، به راحتی می توان جریان ورودی و خروجی یک سیستم تحت فشار را اندازه گیری نمود و هیچ گونه محدودیتی از لحاظ مکان اندازه گیری یا نوع سیال ندارد.

مزایای فلومتر التراسونیک

• دارای دقت بالا
• عدم مسدود جریان
• قابلیت استفاده برای صنایع بهداشتی و خوراکی و عدم مسدود جریان
• قابلیت نصب برای لوله های با قطر بالا
• دارای طول عمر بالا
• پاسخ دهی سریع
• عدم تاثیرگذاری سیال روی فلومتر