مقياس تدفق بالموجات فوق الصوتية قابل للتثبيتمقياس التدفق هو نوع من مقاييس التدفق يستخدم الموجات فوق الصوتية لقياس سرعة السائل وحساب معدل تدفقه الحجمي. يقيس هذا المقياس، باستخدام محول طاقة فوق صوتي، متوسط السرعة على طول مسار انبعاث الموجات فوق الصوتية عن طريق قياس فرق زمن الانتشار، أو انزياح التردد، بين متوسط نبضات الموجات فوق الصوتية المنتشرة في اتجاه التدفق وتلك المنتشرة في الاتجاه المعاكس. وبسبب تأثير دوبلر، تتأثر مقاييس التدفق فوق الصوتية بالخصائص الصوتية للسائل، وقد تتأثر بدرجة الحرارة والكثافة واللزوجة والجسيمات العالقة، وذلك حسب نوع المقياس. تختلف أسعارها بشكل كبير، ولكن نظرًا لعدم احتوائها على أجزاء متحركة، فإن تكاليف تشغيلها وصيانتها منخفضة عمومًا.

نوع الكشف

هناك ثلاثة أنواع مختلفةمقياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةيمكن تقسيم عدادات التدفق التي تعمل بتقنية الإرسال (أو زمن الانتشار) إلى عدادات تدفق متصلة بالشبكة (تداخلية، رطبة) وعدادات تدفق من نوع المشبك (غير تداخلية). أما عدادات التدفق فوق الصوتية التي تستخدم إزاحة تردد دوبلر فتُسمى عدادات تدفق انعكاسية أو عدادات تدفق دوبلر. والنوع الثالث هو عدادات التدفق في القنوات المفتوحة.^[1]

مبدأ

مقياس تدفق مزود بخاصية الكشف عن تغير الوقت

مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتيةيُقاس الفرق بين أزمنة انتشار نبضة فوق صوتية تنتشر في الاتجاه المعاكس لاتجاه التدفق. يُعدّ هذا الفرق الزمني مقياسًا لمتوسط سرعة المائع على طول مسار الشعاع فوق الصوتي. يمكن حساب متوسط سرعة المائع وسرعة الصوت باستخدام زمن الانتقال المطلق وسرعة الصوت. باستخدام هذين الزمنين للانتشار - المسافة بين محولي الإرسال والاستقبال وزاوية الميل - وبافتراض أن الصوت ينتقل في الاتجاه المعاكس للتدفق عند الصعود والهبوط، يمكن كتابة المعادلة التالية وفقًا لتعريف السرعة.

 و 

بإضافة أو طرح المعادلات أعلاه، نحصل على

 و 

أين متوسط سرعة السائل على طول مسار الصوت، و هي سرعة الصوت.

مقياس تدفق يعمل بتقنية كشف الحركة بتردد دوبلر

هناك طريقة أخرى لقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية وهي استخدام إزاحة دوبلر، والتي تنتج عن انعكاس شعاع الموجات فوق الصوتية من مواد عاكسة للموجات فوق الصوتية (مثل الجسيمات الصلبة أو الفقاعات العالقة في سائل متدفق) أو عن اضطراب في السائل نفسه. السائل نظيف.

تُستخدم مقاييس التدفق فوق الصوتية دوبلر للطين والسوائل التي تحتوي على فقاعات والغازات التي تحتوي على جزيئات عاكسة للصوت.

يمكن استخدام هذا النوع من مقاييس التدفق فوق الصوتية لقياس معدل تدفق الدم عن طريق تمرير شعاع فوق صوتي عبر الأنسجة، ثم عكسه بواسطة عاكس، وعكس اتجاه الشعاع، وتكرار القياس لتقدير كمية تدفق الدم. يتأثر تردد الشعاع المرسل بحركة الدم داخل الوعاء الدموي، وبمقارنة ترددي الشعاعين قبل وبعد مروره، يمكن قياس تدفق الدم عبر الوعاء. يمثل الفرق بين الترددين مقياسًا لمعدل التدفق الحجمي الحقيقي. كما يمكن استخدام مجسات ذات شعاع عريض لقياس معدل التدفق بغض النظر عن مساحة المقطع العرضي للوعاء.

مقياس تدفق القناة المفتوحة

في هذا السيناريو، يقيس عنصر الموجات فوق الصوتية ارتفاع الماء في قناة مفتوحة. وبناءً على هندسة القناة، يمكن تحديد معدل التدفق من الارتفاع. غالبًا ما تتضمن مستشعرات الموجات فوق الصوتية أيضًا مستشعرات درجة الحرارة، لأن سرعة الصوت في الهواء تتأثر بدرجة الحرارة.

مقياس تدفق بالموجات فوق الصوتية قابل للتثبيتاحتياطات التطبيق

لأنبوب من نوع المشبك لعبور الزمنمقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية

من الضروري التأكد من قدرة السائل على توصيل الموجات فوق الصوتية بكفاءة، إذ لن يتمكن مقياس التدفق من القياس إذا لم تتمكن هذه الموجات من اختراق التدفق بين المحولات. وبالمثل، يجب أن تتمكن الموجات فوق الصوتية من اختراق السائل لكي يعمل مقياس تدفق دوبلر بدقة. عندما يكون السائل معتمًا وغير منفذ نسبيًا، تميل مقاييس تدفق دوبلر إلى قياس سرعة السائل عند جدار الأنبوب أو بالقرب منه، مما قد يؤدي إلى أخطاء قياس كبيرة أو تعطل مقياس التدفق.

لمقياس تدفق بالموجات فوق الصوتية بتقنية دوبلر

من الضروري التأكد من أن السائل يعكس الموجات فوق الصوتية بشكل كافٍ، إذ لن يعمل مقياس التدفق بدون إشارات فوق صوتية منعكسة. وبحسب التصميم، قد تحدث انعكاسات نتيجة فقاعات صغيرة أو دوامات في تدفق الهواء. عمليًا، يصعب توليد مصادر الانعكاس هذه إن لم تكن موجودة أصلًا في التدفق. لحسن الحظ، يوجد مزيج من الفقاعات و/أو الدوامات في معظم التطبيقات.

قد تختلف سرعة الجسيمات الصلبة في الملاط عن سرعة السائل الحامل له. لذا، توخَّ الحذر عند استخدام تقنية الموجات فوق الصوتية عندما يكون من المحتمل أن تتركز الجسيمات الصلبة في جزء من التدفق (مثلًا، في أنبوب أفقي يتدفق بسرعة منخفضة نسبيًا). استخدم عدادات تدفق دوبلر فوق الصوتية بحذر في تطبيقات الملاط، لأن الجسيمات الصلبة قد تُولِّد إشارة قوية، مما قد يتسبب في قياس عداد تدفق دوبلر لسرعة المواد الصلبة بدلًا من السائل.

تجنب استخدام السوائل التي قد تُبلل محول الطاقة أو جدار الأنبوب قبل محول الطاقة، لأن مقياس التدفق لن يتمكن من قياس التدفق إذا لم تصل الموجات فوق الصوتية إلى السائل. تأكد من تثبيت محول الطاقة بإحكام على جدار الأنبوب، لأن مقياس التدفق لن يتمكن من قياس التدفق إذا لم تصل الموجات فوق الصوتية إلى السائل.

تأكد من فهمك للعملية واستخدام عدادات التدفق هذه بشكل صحيح. على سبيل المثال، قد تتسبب عمليات التنظيف الدورية في الجزء العلوي من المجرى في توقف عدادات التدفق عن العمل، لأن الغبار قد يمنع مرور الطاقة فوق الصوتية عبر السائل. بالإضافة إلى ذلك، إذا غطى الغبار محول الطاقة المبلل، فقد لا يعمل عداد التدفق حتى يتم تنظيفه.

كيفية الاستخداممقياس تدفق بالموجات فوق الصوتية قابل للتثبيت

مقياس تدفق بالموجات فوق الصوتية قابل للتثبيتتُستخدم عدادات التدفق فوق الصوتية ذات زمن العبور عادةً لقياس سرعة السوائل التي تسمح بمرور الموجات فوق الصوتية، مثل الماء والكبريت المنصهر والسوائل المبردة والمواد الكيميائية. كما يمكن استخدام تصميمات زمن العبور لقياس معدلات تدفق الغازات والأبخرة. يجب توخي الحذر، حيث أن السوائل التي لا تنقل طاقة الموجات فوق الصوتية، مثل أنواع مختلفة من المواد اللزجة، قد تحد من اختراق الموجات فوق الصوتية. في عدادات التدفق فوق الصوتية دوبلر، قد تحد السوائل المعتمة من اختراق الموجات فوق الصوتية بالقرب من جدار الأنبوب، مما قد يقلل من الدقة أو يتسبب في تعطل العداد. قد تتعطل عدادات التدفق فوق الصوتية ذات زمن العبور عندما تُضعف السوائل المعتمة الموجات فوق الصوتية إلى درجة لا تصل معها إلى جهاز الاستقبال.

الصناعات التطبيقية النموذجية

الصناعات المدرجة بالترتيب هي النفط والغاز، والمياه والصرف الصحي، والكهرباء، والمواد الكيميائية، والأغذية والمشروبات، والأدوية، والمعادن والتعدين، واللب والورق.