فلومتر التراسونیک

فلومتر اولتراسونیک چیست؟

جریان سنج اولتراسونیک توسط یک مخترع ژاپنی در سال ۱۹۵۹ اختراع شد که از فناوری داپلر (داپلر یک روش برای تخمین جریان به روش انتقال امواج صوتی فرکانس بالا (اولتراسوند) صوتی برای تشکیل تصاویر و یا محاسبه سرعت سیال استفاده می‌کند) برای اندازه گیری جریان سیال استفاده می‌کرد.

در اوایل دهه ۱۹۶۰، فلومترها به عنوان ابزار صنعتی برای اندازه گیری جریان گازها و مایعات مورد استفاده قرار گرفتند. از همان ابتدا، آنها به محصول اصلی بسیاری از شرکت‌های سازنده ابزار تبدیل شده‌اند. هدف جریان سنج اندازه گیری حجم جریان مایعات و گازها برای ارائه خوانش دقیق برای کنترل جریان است. بسیاری از کاربردهای صنعتی، مانند شرکت‌های شیمیایی، نیاز به قرائت دقیق برای فرآیندهای تولید دارند.

هر صنعتی که به داده‌های مربوط به جریان سیالات متکی باشد، از دبی سنج‌های اولتراسونیک برای دریافت اطلاعات دقیق و دقیق استفاده می‌کند. از مصارف مسکونی گرفته تا میادین نفتی، دبی سنج های اولتراسونیک داده‌هایی را در مورد عرضه و حرکت سیالات به شرکت ها ارائه می‌دهد.

در سال 1998، انجمن گاز آمریکا (AGA) جریان سنج های اولتراسونیک را برای تراکنش های انتقال تایید کرد. این تاییدیه مبتنی بر این واقعیت است که فلومترهای اولتراسونیک می توانند حجم را در خطوط لوله گاز طبیعی بزرگ اندازه گیری کنند که اندازه آنها بین 20 تا 42 اینچ یا 51 سانتی متر تا 107 سانتی متر است.

دقت و انعطاف‌پذیری دبی‌مترهای اولتراسونیک آن‌ها را به عنوان دستگاه‌های انتقال نگهدارنده از چاه‌های نفت به پالایشگاه و توزیع‌کننده تبدیل کرده است. مانند سایر کاربردها، فقدان قطعات متحرک و سادگی کارکرد، فلومتر اولتراسونیک را برای کاربردهای انتقال نگهبانی ایده آل کرده است.

فلومتر اولتراسونیک جریان یک مایع یا گاز را با ارسال امواج اولتراسونیک در سراسر لوله اندازه گیری می‌کند که شامل جریان در جهت جریان و خلاف جهت جریان است.

یک فلومتر اولتراسونیک از روش آکوستیک برای اندازه گیری جریان استفاده می‌کند.

دو نوع روش اندازه گیری جریان اولتراسونیک وجود دارد که عبارتند از زمان جابه‌جایی و انتقال داپلر.

فلومتر اولتراسونیک جریان یک مایع یا گاز را با ارسال امواج اولتراسونیک در سراسر یک لوله اندازه گیری می‌کند. به این صورت که جریان را در جهت جریان و در جهت مخالف جریان قرار می‌دهد. با امواج اولتراسونیک می توان سرعت جریان مایع یا گاز و یا دبی جریال محاسبه نمود.

یک فلومتر اولتراسونیک دارای دو فرستنده و دو گیرنده است که یکی از هر کدام در دو طرف لوله در فاصله محاسبه شده نصب شده است تا خوانش دقیق را ارائه دهد.

فلومتر گاز اولتراسونیک

دبی سنج های اولتراسونیک با درجه بندی 1% بسیار دقیق هستند. Ultrasonic Flowmeter برای تعیین سرعت سیال جریان در یک لوله از امواج صوتی استفاده می‌کند. به راحتی می توان آن را با گیره در قسمت بیرونی لوله نصب کرد. بر خلاف دیگر انواع فلومتر، فلومتر اولتراسونیک دارای قطعات متحرک نیستند و همه کاره و دو جهته هستند.

مسیرهای فرستنده اولتراسونیک
شماره مسیر نوع مسیر
مسیر مارپیچی 1A / 1B (B1-CW *)
مسیر مارپیچی 2A / 2B (B1-CCW**)
مسیر محوری 3A / 3B (A1)
مسیر محوری 4A / 4B (A2)
مسیر مارپیچی 5A / 5B (B2-CW)
مسیر مارپیچ 6A / 6B (B2-CCW)

در ایستگاه تقویت فشار گاز جدید گچساران از میتر Elster Instromet یک شرکت فناوری اندازه گیری گاز که در آلمان مستقره، استفاده شده است.

جهت مطالعه فنی فایل PDF مشخصات فنی را بخوانید.

جریان سنج اولتراسونیک چگونه کار می‌کند

یک فلومتر اولتراسونیک از صداهای صوتی برای اندازه گیری جریان استفاده می‌کند. دو نوع روش اندازه گیری جریان اولتراسونیک وجود دارد :

1. ترانزیت زمانی – زمان جابه‌جایی (Transit time)
2. اثر داپلر (Doppler)

ترانزیت زمانی – زمان جابه‌جایی (Transit time)

در این روش مانند قایقی که از وسط رودخانه می‌گذرد، امواج صوتی ارسال و سپس دریافت می‌شوند. زمان رسیدن امواج از مسیر ۱ نسبت به زمان رسیدن امواج از مسیر ۲ بیشتر است (همان قایق را در نظر بگیرید). اختلاف بین این دو زمان متناسب با سرعت سیال بوده و فرکانس کاری بین را دارا هستند و در لوله‌های با سایز پایین استفاده می‌شود.

روش ترانزیت زمانی از دبی سنج التراسونیک برای سیالات تمیز (مانند بخار یا آب) و عاری از هر حباب یا ذره جامد کاربرد دارد.

نصب سنسور‌ها به صورت گیره‌ای (Clamp on) است.

دو سنسور send و receive در این روش کاملاً مشخص هستند. سنسور‌ها روبروی هم (مایل) در دو طرف لوله نصب می‌شوند. ابتدا یک سنسور، فرکانسی را ارسال کرده و سنسور دیگر آن را دریافت می‌کند. سپس یک یا دو ثانیه مکث خواهیم داشت و این بار همان کار به صورت برعکس انجام می‌شود. این اتفاق به صورت مداوم تکرار می‌شود.

اگر مدت زمان رفت و برگشت را به ترتیب Tup و Tdown بنامیم، خواهیم داشت:

روابط ترانزیت تایم

(Tdown = L/(C+V.cosΘ

(Tup = L/(C-V.cosΘ

در رابطه فوق، C سرعت امواج داخل سیال، V سرعت سیال، L فاصله بین دو سنسور و θ زاویه بین امواج و محور اصلی است.
L=V.Δt

L را که داریم و سرعت در هر حالت نیز بسته به آنکه فرکانس ارسالی در مسیر جریان است یا در خلاف مسیر جریان:

V down= C+V.cosΘ

V up = C-V.cosΘ

سپس با یک طرفین وسطین به مدت زمان هر حالت خواهید رسید:

(Tdown = L/(C+V.cosΘ

(Tup = L/(C-V.cosΘ

در کالیبراسیون دستگاه مشخصات لوله و جنس سیال عبوری لحاظ شده که در مدت زمان عبور موج از لوله در دستگاه منظور می‌گردند.

در این روش ترانسدیوسر‌ها در یک طرف محل اندازه‌گیری قرار گرفته و فاصله آن‌ها در حدود قطر لوله است. به طوری که سیگنال‌های ارسالی از ترانسدیوسر‌ها پس از برخورد به طرف دیگر مسیر، بازتابش شده و توسط دیگری دریافت می‌گردد.

اثر داپلر (Doppler)

جریان سنج های اولتراسونیک زمان عبور، سرعت جریان را با محاسبه زمان لازم برای عبور پالس‌های اولتراسونیک در سیال اندازه گیری می‌کنند. سپس نرخ دریافتی پالس‌های اولتراسونیک به سرعت جریان تبدیل می‌شود. ماهیت منحصر به فرد جریان سنج‌های اولتراسونیک زمان عبور توانایی آنها برای اندازه گیری دبی بدون توجه به جهت جریان است.

روش داپلر مبتنی بر استفاده از شیفت فرکانسی موج صوتی برگشت داده شده است. که این شیفت متناسب با سرعت سیال است.

این روش برای سرویس‌هایی با ذرات جامدِ معلق یا حباب، سرویس‌های کثیف و حاوی slurry و همچنین نمونه‌های High viscous مناسب است. در واقع اینگونه سیالات هستند که فرکانس صوتی به آن‌ها برخورد کرده و بازگشت داده می‌شود.

سنسور‌های پیزو الکتریک در یک housing قرار می‌گیرند و فرکانس کاری مربوط به آن‌ها ۶۴۰KHz~ ۱ MHz است. در مواردی مانند سرویس‌های فاضلاب یا پساب‌ها به دلیل انفصال و عدم تداوم در موج صوتی از روش دوپلر نیز نمی‌توان استفاده کرد.

اساس کار این است که امواج ما فوق صوتِ ارسال شده از فرستنده به سمت گیرنده توسط حرکت ذرات و حباب‌ها تغییر فرکانس می‌یابد (که به علت انعکاس موج از روی این ذرات است) این تغییر فرکانس ملاک اندازه‌گیری فلو عبوری است.

از رابطه زیر می توان سرعت را اندازه گیری نمود:

(V = C.Δ/(2f.cosΘ

در این رابطه C سرعت سیگنال ارسالی، V سرعت سیال، θ زاویه امواج ارسالی و حرکت سیال، f۰ فرکانس سیگنال ارسالی و Δf اختلاف فرکانس ارسالی و دریافتی است.

دقت این روش به عواملی چون ضخامت دیواره لوله، تعداد و اندازه ذرات معلق در سیال بستگی دارد.

استفاده از فلومتر التراسونیک در میترینگ

در این حالت دقت اندازه گیری بهتری در حدود 0.75~1% را خواهیم داشت. برای بالا بردن دقت می‌توان از چند سنسور send و receive استفاده کرد. مثلاً با داشتن ۴ سنسور می‌توان دقت را افزایش داد.