فلومتر داپلر چیست ؟ و چگونه کار میکند؟

فلومتر داپلر نوعی فلومتر اولتراسونیک است. این دستگاه ها از اصل علمی اثر داپلر برای اندازه گیری جریان حجمی در لوله استفاده می کنند. این کار به گونه ای انجام می شود که کنتور جریان داپلر به قسمت بیرونی لوله بسته می شود ، بنابراین جریان آن را که انواع دیگر کنتورهای جریان نیاز دارند ، مختل نمی کند.

فلومتر داپلر از فرکانس پرتو اولتراسونیک برای تعیین سرعت جریان مایع استفاده می کند. این اندازه گیری به دلیل اثر داپلر که توسط دانشمند اتریشی کریستین یوهان داپلر در اوایل دهه 1800 کشف شد امکان پذیر است. اساساً، اثر داپلر نشان می‌دهد که فرکانس یک موج صوتی به حرکت گیرنده صدا یا منبع صدا نسبت به رسانه‌ای که صدا از آن عبور می‌کند بستگی دارد. در این حالت، محیطی که موج صوتی در آن منتشر می شود، مایعی است که در لوله جریان دارد.

برای اینکه فلومتر داپلر به درستی کار کند، مایع باید حاوی ذرات یا حباب باشد، بنابراین برای مایعات کثیف خوب عمل می کند، اما برای آب تمیز چندان خوب نیست. فلومتر یک سیگنال اولتراسونیک منتشر می کند که توسط ذرات و حباب ها منعکس می شود و در نتیجه فرکانس سیگنال تغییر می کند. این تغییر فرکانس توسط فلومتر اندازه گیری می شود.

فلومتر داپلر چگونه کار می کند؟

فلومتر داپلر تغییر فرکانس اندازه گیری شده را به دبی حجمی تبدیل می کند. سرعت جریان در لوله با استفاده از جابجایی فرکانس، فرکانس اصلی سیگنال اولتراسونیک، سرعت صوت از طریق ماده امیتر و سینوس زاویه سیگنال به مایع محاسبه می‌شود. هنگامی که سرعت مشخص شد، با ضرب سرعت در مساحت لوله، سرعت جریان حجمی را می توان به راحتی محاسبه کرد.

در محاسبه دبی، متر سرعت را در ناپیوستگی تشخیص می دهد، نه سرعت سیال را. سرعت جریان (V) را می توان با رابطه زیر تعیین کرد.

V = (f 0 - f 1 )Ct / 2f 0 cos(a)

که در آن Ct سرعت صوت در داخل مبدل، f0 فرکانس انتقال، f1 فرکانس بازتاب و a زاویه کریستال های فرستنده و گیرنده نسبت به محور لوله است. از آنجایی که Ct / 2f 0 cos(a) یک ثابت (K) است، این رابطه را می توان به

V = (f 0 - f 1 )K

بنابراین، نرخ جریان V (ft/sec) متناسب با تغییر فرکانس است. نرخ جریان (Q بر حسب gpm) در لوله ای با قطر داخلی خاص (ID in.) را می توان با معادله زیر به دست آورد.

Q = 2.45V(ID) 2 = 2.45f 0 -f 1 )K 2

وجود ناپیوستگی‌های صوتی برای عملکرد مناسب دبی‌سنج داپلر حیاتی است. قاعده کلی پذیرفته شده این است که برای انعکاس صحیح سیگنال، حداقل 80-100 میلی گرم در لیتر از ذرات جامد 200+ مش (+75 میکرون) اندازه دارند. در مورد حباب ها قطر 100-200 میلی گرم در لیتر بین 75+ تا 150+ میکرون ایده آل است. اگر اندازه یا غلظت ناپیوستگی تغییر کند، دامنه سیگنال منعکس شده تغییر می کند و خطاهایی را ایجاد می کند.

فلومترهای داپلر ممکن است یک یا دو سنسور داشته باشند. هر دو نوع شامل یک فرستنده و یک گیرنده هستند، اما در یک سنسور داپلر تک سنسور آنها در یک سنسور قرار دارند. ذرات منعکس شده در مایع سیگنال ارسالی را به گیرنده منعکس می کنند. در فلومتر سنسور دوگانه، فرستنده و گیرنده در دو طرف لوله قرار می گیرند.