مقياس التدفق فوق الصوتي

عدادات التدفق فوق الصوتية: نظرة عامة، المبادئ والتطبيقات

نظرة عامة

تقيس عدادات التدفق فوق الصوتية سرعة السائل عن طريق تحليل كيفية انتشار الموجات فوق الصوتية عبر الوسائط المتدفقة. اعتمادًا على طريقة الكشف، يتم تصنيفها إلى:

طرق زمن الرحلة (TOF) (فرق الزمن المباشر، فرق الطور، فرق التردد)

طريقة دوبلر

طريقة انحراف الحزمة

طريقة ارتباط الضوضاء

مع التقدم في الدوائر المتكاملة، أصبحت عدادات التدفق فوق الصوتية معتمدة على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية على مدى العقود القليلة الماضية.

المزايا

قياس غير تدخلي

لا توجد أجزاء متحركة → لا يوجد انخفاض في الضغط أو اضطراب في التدفق

مناسبة للأنابيب الكبيرة والقنوات المفتوحة والسوائل التي يصعب الوصول إليها

يمكنها قياس السوائل المسببة للتآكل وغير الموصلة والمشعة والقابلة للاشتعال

قابلية واسعة للتطبيق

نطاق قطر الأنبوب: 2 سم إلى 5 م

يمكنها قياس السوائل والغازات

تتوفر نماذج محمولة للقياسات المؤقتة (مثل مدخل المياه عن طريق التوربينات في محطات الطاقة)

فعالة من حيث التكلفة للأنابيب الكبيرة

لا يتناسب التثبيت مع حجم الأنبوب (على عكس عدادات التدفق الميكانيكية)

لا يوجد انحراف في المعايرة بسبب تغيرات درجة الحرارة أو الضغط أو اللزوجة

تعدد الاستخدامات في الوسائط الصعبة

يمكن لطريقة دوبلر قياس الملاط والصرف الصحي والتدفقات ثنائية الطور

توفر طرق زمن الرحلة دقة عالية للسوائل النظيفة

 

العيوب

قيود درجة الحرارة

محدودة بمادة المحول والمواد اللاصقة للوصل (عادةً <200 درجة مئوية)

يؤثر نقص بيانات سرعة الصوت في درجات الحرارة المرتفعة على الدقة

معالجة الإشارات المعقدة

سرعة السائل (~ م / ث) ضئيلة مقارنة بسرعة الصوت (~ 1500 م / ث)

يتطلب إلكترونيات عالية الدقة (دقة من 10⁻⁵ إلى 10⁻⁶)

اعتماد على السائل

تتطلب طريقة دوبلر عاكسات (مثل الفقاعات والجسيمات)

تحتاج طرق زمن الرحلة إلى سوائل نظيفة ومتجانسة

متطلبات التثبيت

مطلوب تشغيل أنابيب مستقيمة لتجنب تشوهات ملف تعريف التدفق

مشاكل الاقتران في الأنابيب المتآكلة أو المبطنة

 

المبادئ الأساسية

يتكون عداد التدفق فوق الصوتي من:

المحولات – تحويل الطاقة الكهربائية إلى موجات فوق صوتية (والعكس صحيح) باستخدام عناصر كهرضغطية (مثل PZT).

دوائر معالجة الإشارات – تقيس الفروق الزمنية (TOF) أو تحولات التردد (دوبلر).

وحدة العرض / الإخراج – تعرض التدفق اللحظي والتراكمي.

التقنيات الرئيسية

المحولات الكهرضغطية: أقراص رقيقة (نسبة القطر إلى السُمك 10:1) مصنوعة من تيتانات الزركونات الرصاص (PZT).

الأسافين الصوتية: مصنوعة من PMMA (الأكريليك) أو المطاط لتوجيه الموجات إلى السائل بكفاءة.

أوضاع القياس:

تكوينات Z / V / X: تحسين مسار الإشارة لحجم الأنبوب.

المشبك على المستشعرات مقابل المستشعرات المبللة: المفاضلة بين الراحة والدقة.

 

الاستخدامات الصناعية

المياه ومياه الصرف الصحي: تدفق الأنهار، معالجة مياه الصرف الصحي.

النفط والغاز: المياه المنتجة، الحقن الكيميائي.

الطاقة: مياه التبريد، أنظمة البخار.

التهوية والتدفئة وتكييف الهواء: المياه المبردة، مراقبة المبرد.

 

الاتجاهات المستقبلية

أجهزة استشعار ذات درجة حرارة أعلى: التوسع إلى ما بعد حدود 200 درجة مئوية.

معالجة الإشارات بمساعدة الذكاء الاصطناعي: تعويض أخطاء ملف تعريف التدفق.

الأنظمة الهجينة: الجمع بين دوبلر و TOF لتوافق أوسع للسوائل.

تعتبر عدادات التدفق فوق الصوتية مثالية للقياسات الموفرة للطاقة وغير الغازية، ولكن الاختيار المناسب (دوبلر مقابل TOF) والتركيب أمران حاسمان لتحقيق الأداء الأمثل.