مبانی جریان سنج اولتراسونیک

مبانی جریان سنج اولتراسونیک چیست؟

اصطلاح “التراسونیک” برای توصیف امواج فشاری در فرکانس‌های بالاتر از آن چیزی که گوش انسان می‌تواند تشخیص دهد، استفاده می‌شود.

سرعت امواج صوتی در سیال با سرعت صوت در سیال برابر است. اگر یک پرتو اولتراسونیک در یک خط لوله با زاویه ای نسبت به جهت جریان منتقل شود، زمان لازم برای رسیدن پالس به گیرنده تابعی از سرعت جریان سیال و همچنین سرعت صوت در سیال است.

بنابراین، این نوع دبی سنج بر اساس اصل اختلاف زمان عبور کار می کند. یک سیگنال صوتی (التراسونیک) از یک سنسور به سنسور دیگر منتقل می شود.

این می تواند در جهت جریان (پایین دست) یا خلاف جهت جریان (بالادست) باشد. سپس زمان (ترانزیت) که سیگنال برای رسیدن به گیرنده نیاز دارد اندازه گیری می شود.

طبق اصول فیزیکی، سیگنال ارسال شده برخلاف جهت جریان نسبت به سیگنال در جهت جریان به زمان بیشتری برای بازگشت نیاز دارد.

تفاوت در زمان عبور مستقیماً با سرعت جریان متناسب است.

v ≈ Δ t

v = k Δ t

در اینجا k یک ثابت است

نرخ جریان بنابراین، Q = v • است. A

کجا،

v = سرعت جریان

Δt = اختلاف زمان گذر بین سیگنال در جهت جریان و خلاف جهت جریان

Q = جریان حجمی

A = سطح مقطع لوله

جریان سنج اولتراسونیک

التراسونیک

نقش فرستنده و گیرنده دائماً توسط وسایل الکترونیکی تغییر می کند. پالس های اولتراسونیک در حال حرکت در جهت جریان، مسیر حرکت بین مبدل‌ها در مدت زمان کوتاه‌تری نسبت به پالس‌هایی که خلاف جریان حرکت می‌کنند.

این به این دلیل است که جریان پالس هایی را که در پایین دست حرکت می کنند سرعت می بخشد اما پالس هایی را که به سمت بالا حرکت می کنند کند می کند. معادله این است؛

کلاس

گزینه های نصب برای فلومتر اولتراسونیک

سلول جریان با قطر کج به این دلیل نامیده می شود که مبدل ها پالس های خود را به صورت مایل با زاویه ۴۵ در سراسر قطر لوله ارسال می کنند. این نوع سلول جریان را می توان به صورت یک تراورس یا چند تراورس پیکربندی کرد.

جریان سنج اولتراسونیک تک تراورس

پیکربندی تک تراورس از دو مبدل روی لوله نصب شده اند (شکل ۱) به طوری که سیگنالی که ارسال می کنند فقط یک بار با زاویه ۴۵ از سیال عبور می کند.

جریان سنج التراسونیک چند تراورس

پیکربندی چند عرضی شامل دو مبدل است که روی لوله نصب شده اند تا سیگنال قبل از رسیدن به مبدل دیگر، دو یا چند بار سیال را طی کند (شکل ۲). دیواره های لوله سیگنال اولتراسونیک را به منظور حفظ زاویه ۴۵ منعکس می کنند.

این به سیگنال اجازه می دهد تا مدت بیشتری در سیال باقی بماند، طول موثر ( L ) مسیر سیگنال را افزایش می دهد و در نتیجه دقت را افزایش می دهد.

تعداد دفعاتی که سیگنال می تواند از سیال عبور کند به عواملی مانند فرکانس مبدل، اندازه لوله، وضعیت دیواره لوله و سیال مورد اندازه گیری بستگی دارد.

 

عوامل مؤثر بر عملکرد و دقت

الف. وضعیت سطح –

شل یا پوسته پوسته شدن پوسته، زنگ زدگی، خوردگی یا کثیفی روی سطح بیرونی یک قطعه آزمایشی در جفت شدن انرژی صوتی از مبدل به مواد آزمایشی اختلال ایجاد می کند.

بنابراین، هر گونه ضایعات شل از این نوع باید قبل از انجام اندازه گیری با یک برس سیمی یا فایل از نمونه پاک شود.

به طور کلی می توان اندازه گیری خوردگی را از طریق لایه های نازک زنگ انجام داد، تا زمانی که زنگ صاف باشد و به خوبی به فلز زیر چسبیده باشد.

برخی از سطوح بسیار ناهموار ریخته گری شده یا خورده ممکن است به منظور اطمینان از اتصال صحیح صدا، باید صاف یا صاف شوند. همچنین در صورتی که رنگ در لایه های ضخیم اعمال شده باشد یا در حال پوسته پوسته شدن فلز باشد، ممکن است لازم باشد که رنگ را پاک کنید.

در حالی که اغلب می توان اندازه گیری خوردگی را از طریق لایه های نازک رنگ (در حد چند هزارم اینچ یا ۰٫۱ تا ۰٫۲ میلی متر) اندازه گیری کرد، رنگ ضخیم سیگنال ها را کاهش می دهد. یا احتمالاً پژواک های کاذب ایجاد کنید که باعث اندازه گیری های نادرست می شود.

سوراخ شدن شدید سطح بیرونی لوله یا مخزن می تواند مشکل ساز باشد.

در برخی از سطوح ناهموار، استفاده از ژل یا گریس به جای کوپلنت مایع به انتقال انرژی صوتی به قطعه آزمایش کمک می کند.

در موارد شدید، لازم است سطح را به اندازه کافی صاف سوهان یا آسیاب کنید تا امکان تماس با صفحه مبدل باشد

کاربردهایی که حفره های عمیق در قسمت بیرونی لوله یا مخزن رخ می دهد، معمولاً لازم است ضخامت فلز باقی مانده از پایه گودال ها تا دیواره داخلی اندازه گیری شود.

تکنیک‌های پیشرفته اولتراسونیک با استفاده از مبدل‌های غوطه‌وری متمرکز وجود دارد که می‌توانند مستقیماً از پایه گودال تا دیواره داخلی اندازه‌گیری کنند، اما این معمولاً برای کار در میدان عملی نیست.

تکنیک مرسوم اندازه‌گیری ضخامت فلز نامناسب به صورت اولتراسونیک، اندازه‌گیری عمق گودال به صورت مکانیکی، و کم کردن عمق گودال از ضخامت دیواره اندازه‌گیری شده است.

به طور متناوب، می توان سطح را تا پایه چاله ها سوهان یا آسیاب کرد و به صورت اسمی اندازه گیری کرد.

همانند هر برنامه دشواری، آزمایش با نمونه‌های محصول واقعی بهترین راه برای تعیین محدودیت‌های ترکیب گیج/مبدل خاص در یک سطح معین است.

ب. تعیین موقعیت/تراز مبدل –

برای اتصال صحیح صدا، مبدل باید محکم روی سطح آزمایش فشار داده شود.

روی سطوح استوانه‌ای با قطر کم مانند لوله‌ها، مبدل را به گونه‌ای نگه دارید که مواد مانع صوتی قابل مشاهده در صفحه کاوشگر عمود بر محور مرکزی لوله در یک راستا قرار گیرند.

در حالی که فشار محکم دست روی مبدل برای خوانش خوب ضروری است، کاوشگر هرگز نباید در امتداد یک سطح فلزی ناهموار خراشیده یا پیچیده شود. این باعث خراش روی صفحه مبدل و در نهایت کاهش عملکرد می شود.

ایمن‌ترین تکنیک برای حرکت مبدل در امتداد یک سطح ناهموار این است که آن را بردارید و برای هر اندازه‌گیری مکان آن را تغییر دهید، نه اینکه آن را در امتداد بلغزانید.

به خاطر داشته باشید که آزمایش اولتراسونیک ضخامت را تنها در یک نقطه از پرتو مبدل اندازه گیری می کند و در موقعیت های خوردگی ضخامت دیوار اغلب به طور قابل توجهی متفاوت است.

روش‌های آزمایش معمولاً به انجام تعدادی اندازه‌گیری در یک ناحیه تعریف‌شده و تعیین حداقل و/یا ضخامت متوسط ​​نیاز دارند.

در حالت ایده‌آل، داده‌ها باید با افزایش‌هایی که بیشتر از نصف قطر مبدل نباشد، گرفته شوند تا اطمینان حاصل شود که هیچ حفره‌ای یا دیگر تغییرات محلی در ضخامت دیواره از دست نمی‌رود.

این امکان وجود دارد که در برخی از مواد به شدت خورده یا حفره دار نقاطی وجود داشته باشد که نتوان خوانش را بدست آورد.

این می تواند زمانی اتفاق بیفتد که سطح داخلی ماده به قدری نامنظم باشد که انرژی صوتی به جای انعکاس مجدد به مبدل پراکنده شود.

فقدان قرائت ممکن است نشان دهنده ضخامت خارج از محدوده مبدل و ابزار مورد استفاده باشد.

به طور کلی، ناتوانی در به دست آوردن یک قرائت ضخامت معتبر در یک نقطه خاص روی یک نمونه آزمایشی می تواند نشانه ای از تخریب جدی دیوار باشد که ممکن است نیاز به بررسی با روش های دیگر داشته باشد.

ج. کالیبراسیون –

دقت اندازه گیری ها فقط به اندازه دقت و دقتی است که گیج کالیبره شده است.

این ضروری است که کالیبراسیون سرعت و صفر هر زمان که مبدل تغییر می‌کند یا دلیلی برای شک در صحت قرائت‌ها دارید، انجام شود.

بررسی‌های دوره‌ای با نمونه‌هایی با ضخامت‌های شناخته شده توصیه می‌شود تا بررسی شود که سنج به درستی کار می‌کند.

د. Taper یا Eccentricity –

اگر سطح تماس و سطح پشتی نسبت به یکدیگر مخروطی یا خارج از مرکز باشند، پژواک برگشتی دوباره مخدوش می شود و دقت اندازه گیری کاهش می یابد.

E. ویژگی های صوتی ماده –

شرایط مختلفی در مواد مهندسی وجود دارد که می تواند دقت و محدوده ضخامت قابل اندازه گیری را به شدت محدود کند.

۱٫ ” پخش صدا ” –

در برخی از مواد، به ویژه انواع خاصی از فولاد ضد زنگ ریخته گری، چدن ها و کامپوزیت ها، انرژی صوتی از کریستال های منفرد در ریخته گری یا از مواد غیر مشابه در کامپوزیت پخش می شود.

این اثر توانایی تشخیص پژواک برگشتی معتبر از پشت ماده را کاهش می‌دهد و توانایی اندازه‌گیری مواد را به روش اولتراسونیک محدود می‌کند.

۲٫ تغییرات سرعت –

تعدادی از مواد تغییرات قابل توجهی در سرعت صوت از نقطه به نقطه در ماده نشان می دهند.

انواع خاصی از فولادهای ضد زنگ ریختگی و برنج این اثر را به دلیل اندازه دانه نسبتاً بزرگ و ناهمسانگردی سرعت صوت با توجه به جهت دانه نشان می دهند.

مواد دیگر تغییر سریعی در سرعت صوت با دما نشان می دهند. این ویژگی مواد پلاستیکی است که در آن دما باید کنترل شود تا حداکثر دقت در اندازه‌گیری به دست آید.

۳٫ کاهش یا جذب صدا –

در بسیاری از مواد آلی، مانند پلاستیک‌های با چگالی کم و لاستیک، صدا در فرکانس‌های مورد استفاده در ضخامت‌سنجی معمولی اولتراسونیک بسیار سریع ضعیف می‌شود.

بنابراین، حداکثر ضخامت قابل اندازه گیری در این مواد اغلب با تضعیف صدا محدود می شود.

مقالاتی که ممکن است دوست داشته باشید:

• اصل سوئیچ سطح اولتراسونیک
• اثرات حسگر سطح رادار
• آزمایش اولتراسونیک چیست ( UT)
• ترانزیت موارد استفاده از زمان سنج
• سنسورهای جریان سنج گرداب

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.