أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية هي أدوات دقيقة وموثوقة تستخدم على نطاق واسع في مختلف التطبيقات الصناعية والبلدية. واستناداً إلى مبادئ عملها، تصنف أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية عادةً إلى نوعين رئيسيين: طريقة زمن العبور (زمن الرحلة) وطريقة دوبلر. ومن خلال الاستفادة من التغيرات في وقت انتشار الموجات الصوتية أو ترددها داخل السائل، تقيس أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية معدلات التدفق بكفاءة، مما يجعلها أدوات لا غنى عنها في مراقبة التدفق.
المبادئ الأساسية لمقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية
يعتمد المبدأ الأساسي لمقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية على خصائص انتشار الموجات الصوتية. وتستخدم أجهزة الاستشعار الخاصة بها بلورات كهرضغطية لتوليد موجات صوتية عالية التردد من خلال التأثير الكهرضغطية العكسي. وتتجاوز هذه الترددات نطاق السمع البشري، مما يضمن الدقة والتشغيل الهادئ. وعادةً ما يتم إقران أجهزة الاستشعار، حيث يعمل كل منها كجهاز إرسال وجهاز استقبال على حد سواء، مما يتيح انتشار الموجات الصوتية ثنائية الاتجاه داخل السائل.
واعتمادًا على التغيرات الملحوظة في سلوك الموجات الصوتية، تعمل مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي باستخدام إما طريقة وقت العبور أو طريقة دوبلر.
طريقة وقت العبور (وقت الرحلة)
تحدد طريقة زمن العبور سرعة التدفق من خلال تحليل تأثير حركة المائع على زمن انتشار الموجات الصوتية. تشمل الميزات الرئيسية والخطوات التشغيلية ما يلي:
- انتشار الموجات الصوتية ثنائية الاتجاه: تنبعث من أجهزة الاستشعار المزدوجة موجات صوتية على طول اتجاه تدفق المائع وعكسه.
- فرق زمن الانتشار: تنتشر الموجات الصوتية التي تتحرك في اتجاه سريان المائع بشكل أسرع، بينما تنتشر الموجات التي تتحرك عكس اتجاهه بشكل أبطأ. ويزداد الفرق الزمني مع ارتفاع سرعات السريان. ومن خلال قياس هذا الفرق الزمني ودمجه مع مساحة المقطع العرضي للأنبوب، يمكن حساب معدل السريان بدقة.
- أزواج حساسات متعددة: بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية، يمكن تركيب أزواج مستشعرات إضافية لمراعاة الاختلافات عبر المقطع العرضي للأنبوب، مما يعزز دقة القياس.
التطبيقات: طريقة وقت العبور مثالية لقياس السوائل والغازات النظيفة. وبالنسبة للسوائل التي تحتوي على شوائب أو فقاعات طفيفة، يمكن للخوارزميات المتخصصة أن تخفف من آثارها، مما يجعل هذه الطريقة مناسبة لتطبيقات مثل إمدادات المياه البلدية ونقل الغاز الطبيعي.
طريقة دوبلر
صُممت طريقة دوبلر للسوائل التي تحتوي على جسيمات أو فقاعات وتحسب سرعة التدفق بناءً على تحولات التردد في الموجات الصوتية. وتشمل مبادئ عملها ما يلي:
- مبدأ إزاحة التردد: عندما تصادف الموجات الصوتية جسيمات أو فقاعات معلقة في المائع، فإن تردداتها تتغير. إذا تحركت الجسيمات أو الفقاعات باتجاه المستشعر، يزداد تردد الصوت المنعكس؛ وعلى العكس، ينخفض التردد إذا ابتعدت.
- حساب سرعة التدفق: يحدّد مقياس التدفق الدوبلري سرعة التدفق من خلال قياس انزياح التردد ومراعاة سرعة الصوت المعروفة في الوسط وزاوية الانعكاس.
- تركيب المستشعر: غالبًا ما يتم تركيب مستشعرات دوبلر خارجيًا على الأنبوب، مما يلغي الحاجة إلى الحفر ويجعلها مناسبة لتطبيقات مثل أنظمة مياه الصرف الصحي البلدية حيث يكون التشغيل المستمر أمرًا بالغ الأهمية.
التطبيقات: تعد طريقة دوبلر مناسبة بشكل خاص للسوائل التي تحتوي على كميات كبيرة من المواد الصلبة العالقة أو الفقاعات العالقة، مثل مياه الصرف الصحي والطين واللب. يسمح تصميمها غير التدخلي بقياس موثوق به دون تعطيل سلامة الأنابيب.
تركيب المستشعر لمقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية
توفر مستشعرات مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية خيارات تركيب مرنة، مصممة خصيصًا لتطبيقات محددة:
- الحساسات المضمنة: يتم تركيب الحساسات المضمنة داخل الأنبوب أو جدار مقياس التدفق، وهي حساسات مضمنة تلامس السائل مباشرة، مما يوفر قياسات عالية الدقة للتطبيقات الصعبة.
- أجهزة استشعار مثبتة بمشبك: تُركب هذه المستشعرات خارجيًا على جدار الأنبوب، وهي مثالية لأنظمة المياه والصرف الصحي البلدية. تغني طريقة التركيب هذه عن الحاجة إلى حفر الأنابيب، وتقلل من تعقيد التركيب، وتقلل من خطر تسرب السوائل.
تتطلب الحساسات المثبتة بمشبك أنابيب مصنوعة من مواد موصلة للصوت مثل المعادن أو البلاستيك. قد تخفف جدران الأنابيب السميكة للغاية أو الممتصة للصوت من الإشارات، مما قد يؤثر على دقة القياس.
التطبيقات والمزايا
أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية متعددة الاستخدامات وتستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات. وتشمل سيناريوهات التطبيق النموذجية ومزاياها ما يلي:
إمدادات المياه البلدية: مراقبة تدفق المياه النظيفة ببيانات دقيقة في الوقت الحقيقي توفرها أجهزة قياس التدفق عبر الزمن.
خطوط أنابيب الغاز الطبيعي: ضمان قياس تدفق مستقر وموثوق به في بيئات الضغط العالي والتدفق العالي.
معالجة مياه الصرف الصحي: قياس السوائل التي تحتوي على جسيمات أو فقاعات باستخدام أجهزة دوبلر لقياس التدفق، وتلبية احتياجات المراقبة المعقدة.
الصناعات الكيميائية وصناعات اللب والورق: المراقبة الآنية للتدفق في الوقت الحقيقي للسوائل المحملة بالجسيمات مثل اللب أو المحاليل الكيميائية باستخدام مقاييس التدفق دوبلر.
المزايا الرئيسية:
- قياس عدم التلامس: تسمح أجهزة الاستشعار المثبتة على المشبك بالمراقبة غير التداخلية دون تغيير الهيكل الداخلي للأنبوب.
- دقة عالية وأداء في الوقت الحقيقي: يتيح الجمع بين طريقتَي وقت العبور والدوبلر مراقبة التدفق بدقة وفي الوقت الحقيقي لمختلف خصائص السوائل.
- قابلية واسعة للتكيف: أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية قادرة على قياس السوائل النظيفة والمخاليط المعقدة، مما يلبي احتياجات الصناعات المتنوعة.
الخاتمة
توفر مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية، بمبادئها المتقدمة وطرق تركيبها المرنة، قياس تدفق متسق وموثوق به حتى في البيئات الصعبة مثل أنظمة الضغط العالي أو التدفق العالي. سواء لإدارة المياه البلدية أو نقل الغاز الطبيعي أو معالجة مياه الصرف الصحي أو إنتاج المواد الكيميائية، فإن قدرات القياس المتنوعة التي تتمتع بها أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية تجعلها أدوات لا غنى عنها في مراقبة التدفق.
اترك تعليقاً