فلومتر التراسونیک Ultrasonic Flowmeter برای تعیین سرعت سیال جریان در یک لوله از امواج صوتی استفاده میکند. در مواقعی که جریانی وجود ندارد، فرکانس امواج التراسونیک به یک لوله انتقال پیدا میکند و بازتاب آن نسبت به مایع سیال یکسان است. در زمان جریان، فرکانس موج بازتاب شده به خاطر تاثیر داپلر متفاوت میباشد. زمانی که سیال سریعتر حرکت کند، تغییر فرکانس به طور خطی افزایش پیدا میکند. فرستنده سیگنالها را از امواج منتقل شده و بازتاب آن به جریان درمی آورد تا سرعت جریان را تعیین کند. فلومتر التراسونیک، امواج التراسونیک را بین مبدلها در سمت بالا و پایین لوله میفرستد و دریافت میکند. در بخشهایی که جریانی وجود ندارد، حرکت جریان بالا و پایین در بین مبدلها به یک اندازه طول میکشد. در زمان جریان، موج بالایی کندتر حرکت میکند و نسبت به موج پایینی زمان بیشتری میگیرد و سریعتر حرکت میکند. فلومتر التراسونیک در انواع مختلف مانند فلومتر التراسونیک پرتابل، گاز، مایع و آب ساخته می شود.
شناخت عملکرد فلومتر آلتراسونیک (Ultrasonic Flowmeter)
فلومتر التراسونیک برای اندازه گیری دبی جریان از امواج صوتی استفاده می‌کنند. در واقع با عبور پالس های صوتی از جریان و انجام محاسبات و تبدیلاتی امکان محاسبه سرعت جریان فراهم خواهد شد. چندین روش برای این کار وجود دارد که در ادامه مرور می‌کنیم:
روش های اندازه گیری جریان به وسیله فلومتر آلتراسونیک
در این بخش ابتدا با روش ترانزیت زمانی آشنا می‌شود. روشی که با امواج فراصوت و اندازه گیری زمان در لوله سرعت جریان را محاسبه میکند. معمولا در لوله های تصفیه آب از این روش برای محاسبه شدت جریان استفاده می‌شود. فلومترهای CLAMP-ON از این روش برای محاسبه جریان استفاده می‌کنند. در روش ترانزیت تایم، دو سنسور روبروی یکدیگر با زاویه 45 درجه داخل کانال نصب میشوند. یک موج التراسونیک در یک لحظه از یک سنسور به سنسور دیگر تابانده می‌شود. این موج پس از عبور از یک سنسور، توسط سنسور روبرویی دریافت می‌شود. زمان ثبت خواهد شد. حالا سنسور دوم که دریافت کننده موج بود این بار خود اقدام به ارسال امواج فراصوت میکند. زمان مجدد ثبت می‌شود که خواهید دید که موج در زمان متفاوتی به سنسور اول می‌رسد. چرا این زمان متفاوت است؟
در فلومتر آلتراسونیک، اگر روش تفاوت زمان دریافت امواج استفاده شود در واقع پاسخ به این سوال شما را به سرعت جریان میرساند. با در نظر گرفتن زاویه دو سنسور موج یک بار در جهت جریان و بار دیگر خلاف جهت جریان حرکت خواهد کرد. واضح است که اگر در جهت جریان بوده باشد، سریعتر به سنسور دیگر می‌رسد و اگر خلاف جهت جریان باشد نیز زمان بیشتری طول میکشد. همین تفاوت زمانی هم جهت جریان را مشخص خواهد کرد و هم سرعت جریان.
روش های دیگری نیز توسط فلومتر التراسونیک برای اندازه گیری جریان به کار میرود. یکی از این روش ها، روش داپلری است. در این روش از اثر دوپلر استفاده می‌شود. روشی که از اثر دوپلر در امواج استفاده میکند که بر اساس آن صدای تا پیش از آنکه به شما برسد مختصات خاصی دارد و وقتی از شما عبور میکند تغییر خواهد کرد
فلومتر التراسونیک داپلر
در مورد فلومتر التراسونیک روش ترانزیت زمانی و نصب دو سنسور یکی از مهم‌ترین محدودیت‌هایی که با آن مواجهیم عدم وجود ذرات معلق و جامد و یا حباب آب است. سیالاتی که رسوبات متخلخل دارند را کمتر با روش انتقال زمانی بررسی می‌کنند. روش داپلر در این موارد کارآمدتر است. سنسورهای پیزوالکتریک با ارسال فرکانس این سنسورها در حد 620 کیلو هرتز است. در صورتی که حباب یا ذرات ریز میان مسیر وجود داشته باشد این سنسورها از پس کار اندازه گیری برمی‌آیند مگر آنکه پساب شرایط انسدادی پیش آورد که در این صورت روند ارسال امواج مختل خواهد شد.
یکی دیگر از روش های بسیار دقیق فلومتر التراسونیک استفاده از اسکن سه بعدی است. چیزی شبیه به آنچه هنگام تصویربرداری از بدن استفاده می‌شود. در این روش با تابش و بازتاب امواج؛ تصویر مشخصی از تمام سطح جریان از کف تا سر ظاهر می‌شود که اطلاعات دقیق بسیاری به شما خواهد داد. به طور مثال اگر این فلومتر را برای اندازه گیری سرعت جریان در دریا استفاده کنید؛ می‌توانید با آنالیز داده‌های آن موانع، از شرایط کف دریا یا اقیانوس نیز مطلع شود. این روش بسیار دقیق است و جالب است بدانید که هزینه آن نیز نسبت به روش پارشال فلوم مقرون به صرفه تر است.
نصب فلومتر التراسونیک
در زمینه نصب می‌توان دو شیوه متفاوت را نام برد:
1- دبی سنج التراسونیک Clamp –on
این دبی سنج رولی لوله نصب قرار میگیرد. پس هم به صورت موقت مورد استفاده است و هم امکان استفاده دائمی در لوله دارد. فلومترهای clamp-on به صورت گیره ای نصب می‌شود و سنسورهای آن روی محل مناسبی از سطح لوله با گیره متصل خواهند شد. در واقع این سنسور را با نام فلومتر التراسونیک پرتابل نیز می‌شناسند.
2- دبی سنج التراسونیک In-line
این سنسور میان مسیر خط لوله به صورت دائمی نصب شده و به صورت پیوسته داده هایی با دقت بالا منتقل میکند. دقت این سنسورها بسیار زیاد است و تحت تاثیر هیچ کدام از عوامل موثر در عدد رینولدز قرار نمی‌گیرد. برای عملکرد مناسب به سنسورهای مرطوب نیاز دار