Što je ultrazvučni senzor protoka (2)

3. Klasifikacija ultrazvuka

Ultrazvučni valovi prenose informacije o brzini protoka tekućine dok se šire kroz tekućinu koja teče. Stoga se brzina protoka tekućine može detektirati prijamnim ultrazvučnim valom i pretvoriti u brzinu protoka. Prema metodi detekcije, može se podijeliti na različite vrste Ultrazvučni pretvarač protoka od 1MHz kao što je metoda razlike u brzini širenja, Dopplerova metoda, metoda pomaka snopa, metoda buke i srodne metode. Postoje mnoge vrste ultrazvučnih mjerača protoka, koji se mogu podijeliti u različite vrste ultrazvučnih mjerača protoka prema različitim metodama klasifikacije. Osim načina detekcije, postoje i sonde (pretvornici) načina ugradnje, prema broju kanala, prema izvedbi i primjeni.

Trenutno se općenito koriste dvije vrste ultrazvučnih mjerača protoka, jedan je Doppler ultrazvučni mjerač protoka, a drugi zidni ultrazvučni mjerač protoka je ultrazvučni mjerač protoka vremenske razlike. Dopplerov tip koristi metodu fazne razlike za mjerenje protoka, odnosno zvučni val određene frekvencije kreće se u tekućini. Budući da sama tekućina ima brzinu kretanja, javlja se frekvencija ili faza ultrazvučnog vala između dva prijamnika (ili odašiljača). Relativna promjena brzine tekućine može se dobiti mjerenjem te relativne promjene; vrsta vremenske razlike je mjerenje brzine protoka metodom vremenske razlike, odnosno zvučni val određene brzine uzrokuje vrijeme širenja između dva prijamnika (ili odašiljača) zbog protoka tekućine. Promjenom mjerenjem ove relativne promjene može se dobiti brzina protoka tekućine. Većina naših tvornica koristi ultrazvučne mjerače protoka s vremenskim odmakom. Sljedeće ukratko predstavlja ove dvije vrste ultrazvučnih mjerača protoka i specifične metode mjerenja.

1. Doppler ultrazvučni senzor protoka: Sonda emitira ultrazvučni signal s frekvencijom f1. Nakon prolaska kroz suspendirane čestice ili mjehuriće u tekućini u cjevovodu, pomaci frekvencije reflektiraju se na pretvarače na frekvenciji od f2. To jest, Doppler će imati razliku između f2 i f1 multi-spektralne frekvencijske razlike fd. Neka je brzina protoka fluida v, brzina ultrazvučnog zvuka c, a Dopplerov pomak frekvencije fd proporcionalan brzini protoka fluida v, to jest, kada stanje cjevovoda, položaj ugradnje sonde ima frekvenciju prijenosa, a brzina zvuka određena, c, f1 i θ su konstantni. Brzina protoka tekućine proporcionalna je Dopplerovom pomaku, a brzina protoka tekućine dobiva se mjerenjem frekvencijskog pomaka, čime se dobiva brzina protoka tekućine.

   
   

2. metoda vremenske razlike ultrazvučnog mjerača protoka

   
   

   Prikazan je princip rada vanjske ultrazvučne sonde mjerača protoka Transit Time. On je neizravna mjerna metoda koja koristi par ultrazvučnih pretvarača za naizmjenično (ili istovremeno) odašiljanje i primanje ultrazvučnih valova, neizravno mjerenje brzine protoka tekućine promatranjem glatke i protustrujne vremenske razlike širenja ultrazvučnih valova u mediju, i izračunavanje brzine protoka prema brzini protoka. Postoje dvije ultrazvučne sonde: sonda pravog toka i sonda protustruje. Dvije sonde su postavljene na obje strane cjevovoda tekućine i na određenoj udaljenosti. Unutarnji promjer cjevovoda je D, a duljina staze ultrazvučnog hoda je L, brzina ultrazvučnog protoka je tu, brzina protustruje je td, a smjer širenja ultrazvučnog vala i smjer protoka tekućine zakrivljeni su pod kutom θ. Zbog protoka tekućine, vrijeme potrebno ultrazvučnom valu za širenje duljine dužine L kraće je od vremena potrebnog za širenje protustruje, a vremenska razlika može se izraziti sljedećom formulom: Gore navedeno je osnovno načelo mjerenja brzine protoka metodom vremenske razlike. U praktičnim primjenama, ovisno o načinu ugradnje stezaljka za ultrazvučni pretvarač na mjeraču protoka , može se podijeliti na tip koji se pričvršćuje (čelična traka za pretvarač je fiksirana i zalijepljena na vanjsku stijenku cijevi sredstvom za spajanje, nisu u kontaktu s tekućinom) i kontaktni tip (ultrazvučni pretvarač) Postavljen na dio žlice, pretvarač je u izravnom kontaktu s tekućinom koja se mjeri.