Cảm biến lưu lượng siêu âm hoạt động như thế nào

Ngày đăng: 12/04/2025

Cảm biến lưu lượng siêu âm sử dụng sóng âm để xác định vận tốc của chất lỏng chảy trong ống. Trong điều kiện không có dòng chảy, tần số của sóng siêu âm truyền vào ống và phản xạ từ chất lỏng là giống nhau. Tuy nhiên, khi có dòng chảy, tần số của sóng phản xạ sẽ khác nhau do hiệu ứng Doppler. Khi chất lỏng di chuyển nhanh hơn, sự thay đổi tần số sẽ tăng lên theo tỷ lệ tuyến tính. Bộ phát tín hiệu xử lý các tín hiệu từ sóng truyền và sóng phản xạ để xác định tốc độ dòng chảy.

Máy đo lưu lượng siêu âm theo thời gian chuyển tiếp (Transit Time)

Máy đo lưu lượng siêu âm theo thời gian chuyển tiếp gửi và nhận sóng siêu âm giữa các bộ chuyển đổi (transducers) theo cả hướng thượng lưu và hạ lưu trong ống. Trong điều kiện không có dòng chảy, thời gian di chuyển thượng lưu và hạ lưu giữa các bộ chuyển đổi là như nhau. Tuy nhiên, trong điều kiện có dòng chảy, sóng di chuyển thượng lưu sẽ di chuyển chậm hơn và mất nhiều thời gian hơn so với sóng di chuyển hạ lưu (sóng di chuyển nhanh hơn). Khi chất lỏng di chuyển nhanh hơn, sự chênh lệch giữa thời gian thượng lưu và hạ lưu sẽ tăng lên. Bộ phát tín hiệu xử lý thời gian thượng lưu và hạ lưu để xác định tốc độ dòng chảy. Các máy đo này chiếm khoảng 12% trong tổng số các loại đồng hồ đo lưu lượng được bán.

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm:

Công nghệ này có thể rất chính xác và được sử dụng trong các ứng dụng chuyển nhượng quyền sở hữu (đảm bảo tính chính xác trong việc đo lường chất lỏng đắt tiền), chẳng hạn như khí tự nhiên và chất lỏng dầu khí.
Đo được phạm vi rộng (có thể đọc được các giá trị thấp như tỷ lệ phần trăm của thang đo tối đa).
Xử lý áp suất cao, độ lặp lại (khả năng đo chính xác với các kết quả đồng nhất).
Xử lý nhiệt độ cực cao.
Có thể được sử dụng gắn bên ngoài ống mà không cần khoan lỗ, dễ bảo trì, độ tin cậy cao và có khả năng tự chẩn đoán lỗi.

Nhược điểm:

Chi phí cao.
Nhạy cảm với rung động quá mức của quá trình.
Vấn đề thay đổi đường kính ống do cặn bám, và các đơn vị clamp-on có độ chính xác thấp hơn.

Ứng dụng trong các ngành

Cảm biến lưu lượng siêu âm thường được sử dụng trong các ngành như dầu khí, nước và nước thải, năng lượng, hóa chất, thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, kim loại và khai thác mỏ, và giấy và bột giấy.

Cảnh báo khi sử dụng máy đo lưu lượng siêu âm

Máy đo lưu lượng siêu âm theo thời gian chuyển tiếp: Đảm bảo rằng chất lỏng có khả năng dẫn sóng siêu âm tốt, vì máy đo sẽ không hoạt động nếu sóng siêu âm không thể xuyên qua dòng chảy giữa các bộ chuyển đổi.
Máy đo lưu lượng siêu âm Doppler: Đảm bảo rằng chất lỏng có khả năng phản xạ sóng siêu âm tốt. Nếu không có tín hiệu phản xạ, máy đo sẽ không hoạt động.
Trong ứng dụng bùn (slurry): Vận tốc của các hạt rắn trong bùn có thể khác với vận tốc của chất lỏng mang theo, dẫn đến việc đo lường không chính xác.

Lưu ý quan trọng: Tránh sử dụng máy đo lưu lượng siêu âm với các chất lỏng có thể bám lên bộ chuyển đổi hoặc bám vào thành ống, vì điều này sẽ ngăn sóng siêu âm xâm nhập vào dòng chảy.