Ultrasonik Debimetre Çalışma Prensibi

Ultrasonik algılama, ultrasonik bir dalganın uçuş süresini (Time of Flight – TOF) ve akışkanın akış hızına bağımlılığını, ultrasonik dalganın yönüne ve yönüne karşı aktarıldığında hacim akışını ölçmek ve hesaplamak için kullanır. Bu teknoloji, geniş bir aralıktaki hava debilerini ölçmede çok hassastır ve su ve yağ gibi sıvıların yanı sıra hava ve metan gibi gazlarla da çalışır.

TOF tabanlı ultrasonik sayaçlar, akışı yukarı ve aşağı yönde ultrasonik sinyallerin yayılma süresindeki farka bağlı olarak akış hızlarını ölçerler. Ultrason dalgası akış yönünde seyahat ederken daha hızlı hareket eder ve akışa karşı daha yavaş hareket eder. Bu iki sinyal arasındaki zaman farkına bağlı olarak yapılan hesaplamalarla ölçüm gerçekleştirilir. Bu teknoloji, sensör çiftlerinin flanşlı bir borunun içine yerleştirilmesiyle veya borunun dışına yerleştirilmesine göre çalışabilir. Bu yaklaşım, iki transdüser arasında doğrudan bir yol gerektirir ve transdüserlerin yerleştirildiği akış tüpü içerisinde dikkatli yerleştirilmesi gerekmektedir.

TOF tabanlı ultrasonik akış ölçerler iki tip yapıya sahiptir: Dahili (invaziv) veya harici/kelepçeli (non-invaziv). İnvaziv ölçüm sensörlerin akış tüplerinin içerisine monte edildiği ve sıvı/hava/gaz ile temas ettiği bir akış ölçüm tekniğidir. Non-invaziv akış ölçümünde ise sensörler borunun yüzeyine monte edilmektedir. Sensörler borudan geçen ses dalgasını algılayarak ölçümü gerçekteştirilir. Kelepçeli sistemde borunun içerisinden geçen hava/sıvı/gaz ile temas sağlanmamaktadır.

Dahili akış ölçerler Şekil 1‘de gösterildiği gibi 2 sensörün çapraz konumlanarak doğrudan bir görüş hattı sağlanarak ölçüm sağlayabilir. Ya da Şekil 2‘de gösterildiği gibi borunun yüzeyine konumlandırılarak sensörlerden gelen dalgaları yansıtarak yapılabilir.

ultrasonik debimetre sensör
ultrasonik yansıma sensör

Büyük çaplı akış tüplerine sahip bazı endüstriyel akış ölçerler için Şekil 3‘te gösterildiği gibi daha büyük boru çaplarında meydana gelecek zayıflamayı azaltmak için sensör sayıları çoğaltılabilir.

ultrasonik sensör dizilimleri

Şekil 4’te, ultrasonik dalganın non-invaziv sensörler ile yerleşimini göstermektedir.

non invaziv ultrasonik ölçüm

Ultrasonik akış ölçerler ile ilgili temel zorluklardan biri, saatte birkaç litreden (lph) on binlerce lph’ye kadar çok çeşitli akış hızlarında doğruluğu ve hassasiyeti korumaktır. Diğer bir zorluk, uygulamaya bağlı olarak 0 ° C ila 85 ° C arasında değişen akışkan sıcaklıklarında akış hızının doğruluğunu korumaktır. Sıvıdaki ultrasonik bir dalganın hızı sıvının sıcaklığına göre değiştiğinden, akış hızı ölçümlerini almak için yayılma süresindeki fark, akışkan sıcaklığı değiştiğinde hatalara neden olur. Örneğin, sudaki ses hızı 1.420 mps ila 1.540 mps arasında değişmektedir. Genel olarak, sıcaklık hesaba katılmazsa, akış hızı tahmininde yüzde 5’ten fazla hatalara neden olabilir. Gelişmiş doğruluk için sistem bir sıcaklık sensörü gerektirir.

Ultrasonik Debimetre Çalışma Prensibi
Başa dön