على مدى العقد الماضي، شهدت أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية تحولاً ملحوظاً. فبعد أن كانت تقنية متخصصة، أصبحت الآن واحدة من أسرع أنظمة قياس التدفق نموًا في السوق.
تعود النماذج الأولى لهذه التقنية إلى ستينيات القرن الماضي. كانت فوجي إلكتريك أول من طور أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية مع إطلاق أول طراز FLH في عام 1975.
على الرغم من أنها متوفرة في السوق منذ عدة عقود، إلا أن أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية لم تكتسب قبولاً واسع النطاق إلا مؤخرًا.
أصبحت مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية شائعة بشكل متزايد لعدد من الأسباب. وقد أدى التقدم في معالجة الإشارات إلى تحسين تصفية الضوضاء مما أدى إلى زيادة الدقة والكفاءة في قياس التدفق.
أدت التحسينات في تكنولوجيا معالجة الإشارات إلى تقليل الضوضاء بشكل أفضل، مما زاد من دقة قياسات التدفق. وقد ساهم هذا التحسن في تزايد شعبية أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية واعتمادها على نطاق واسع في مختلف الصناعات.
ومقارنةً بمقاييس التدفق الميكانيكية، تتطلب مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية الحد الأدنى من الصيانة وهي أكثر موثوقية بكثير. كما طور الموردون، مثل Fuji Electric، منتجات مصممة خصيصًا لصناعات وتطبيقات محددة، بما في ذلك القدرة على قياس ليس فقط السوائل، ولكن أيضًا البخار.
وقد ساعد هذا التطوير المركّز للمنتج في إحداث ثورة في قياس التدفق وجعل أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية خيارًا شائعًا بشكل متزايد في العديد من الصناعات والشركات حول العالم.
لفهم مقياس التدفق المثبت بالموجات فوق الصوتية بشكل كامل، من الضروري البدء بالمبادئ الأساسية لمقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية.
يشير مصطلح "الموجات فوق الصوتية" إلى تردد الموجات الصوتية التي تستخدمها هذه الأجهزة، والتي تزيد عن 20 كيلوهرتز وبالتالي فهي غير مسموعة للأذن البشرية.
تقيس مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية التدفق باستخدام هذه الموجات الصوتية عالية التردد، التي تولدها محولات الطاقة التي تستخدم بلورات كهرضغطية لتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات صوتية.
هناك فئتان رئيسيتان من مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية: مقاييس التدفق المدمجة ومقاييس التدفق غير المتطفلة المثبتة على المشبك.
ويكمن الفرق في الطريقة التي يتم بها إرسال إشارات الموجات الصوتية واستقبالها ومعالجتها لقياس الإنتاجية.
تتميز مقاييس التدفق المضمنة في الخط بوجود محولات طاقة على تلامس مباشر مع سائل المعالجة، وعادةً ما يتم تركيبها على ملف مسبق الصنع بطول قياسي لضمان الزاوية الصحيحة وسهولة التركيب.
تتمتع العدادات المدمجة بتاريخ أطول وتميل إلى توفير دقة أكبر بسبب عدم وجود تدهور في الإشارة بسبب جدران الأنابيب والقياس وعدم اتساق التركيب الموجود في العدادات المثبتة على المشبك.
ونتيجة لذلك، غالبًا ما تكون أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية المدمجة هي الخيار المفضل لتطبيقات المعاملات. يتضمن نقل المعاملات، والمعروف أيضًا باسم القياس المالي، تطبيقات قياس التدفق حيث يتم نقل ملكية السائل الذي يتم قياسه من طرف إلى آخر (الفوترة).
على الرغم من أن هذه التطبيقات لا تمثل سوى نسبة صغيرة من جميع سيناريوهات قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية، إلا أنها تلعب دورًا حيويًا.
على عكس العدادات المضمنة، يتم تثبيت العدادات غير التداخلية المثبتة بمشبك على الجزء الخارجي من الأنبوب، دون التلامس المباشر مع سائل العملية.
خضعت مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية المثبتة على المشبك لتطورات تكنولوجية كبيرة، مما يجعلها الأسرع نموًا بين نوعي المقاييس. وعلاوة على ذلك، تقدم مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية عددًا من المزايا الفريدة التي تساهم في زيادة شعبيتها.
على الرغم من أن جميع مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية تستخدم إشارات الموجات الصوتية، إلا أنها لا تعمل بنفس الطريقة.
هناك نوعان رئيسيان من مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية المثبتة على المشبك: مقاييس التدفق عبر الزمن ومقاييس التدفق الدوبلري، والتي تختلف في طريقة إرسالها واستقبالها ومعالجتها لإشارات الموجات الصوتية.
تستخدم مقاييس التدفق عبر الزمن زوجًا من محولات الطاقة التي تعمل كمرسلات ومستقبلات لإشارات الموجات الصوتية. تكون سرعة الموجات الصوتية في المائع أسرع أثناء انتقالها في اتجاه مجرى النهر وأبطأ أثناء انتقالها في اتجاه المنبع.
من خلال قياس الفرق الزمني بين هذه السيناريوهات، يمكن للمقياس حساب سرعة المائع، وبالتالي معدل التدفق الحجمي. عند دمجها مع الكثافة المعروفة للسائل، يمكن أيضًا تحديد معدل التدفق الكتلي.
تعد مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية لوقت العبور أكثر تنوعًا، فهي قادرة على قياس السوائل والبخار، ولكنها تعمل بشكل عام مع نوع واحد فقط من السوائل في كل مرة. وهي تتطلب سوائل تحتوي على الحد الأدنى من الجسيمات الصلبة أو الفقاعات المحبوسة لتجنب التداخل مع إشارة الموجات الصوتية.
ومن ناحية أخرى، تقيس مقاييس التدفق الدوبلرية الانزياح الترددي للإشارة الصوتية، والذي يتناسب مع سرعة السائل.
تعتمد مقاييس التدفق هذه على وجود جسيمات صلبة أو فقاعات هواء في تيار التدفق لتحويل إشارات الموجات الصوتية إلى مقياس التدفق.
ونتيجة لذلك، تقتصر مقاييس دوبلر على السوائل التي تحتوي على جسيمات صلبة أو فقاعات هواء، مثل السوائل المتسخة أو الهوائية والعجائن.
تقيس عدادات الطاقة الحرارية، والمعروفة أيضًا باسم عدادات BTU، الطاقة في أنظمة التدفئة والتبريد المائية باستخدام مستشعرات التدفق الحجمي ومستشعرات درجة الحرارة وحاسبة التدفق. مع تزايد أهمية اللوائح البيئية والحوافز المالية،أصبح قياس الطاقة الحرارية ضروريًا أكثر فأكثر لتحسين أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في أنظمة الطاقة في المناطق والمنشآت التجارية.
تُعد أجهزة قياس الطاقة الحرارية بالموجات فوق الصوتية المثالية لتعديل الأنظمة القديمة، حيث إنها تلغي الحاجة إلى إجراء تعديلات مكلفة ومستهلكة للوقت على الأنابيب.
لكي تعمل أجهزة قياس زمن العبور بالموجات فوق الصوتية للسائل بدقة من الضروري أن يحتوي السائل على الحد الأدنى من الجسيمات الصلبة أو فقاعات الهواء المحبوسة. يمكن أن تتداخل هذه الجسيمات مع إشارة الموجة الصوتية وتؤثر على دقة القياس.
حتى الآن، ركزنا على مقاييس التدفق المثبتة على مشبك مثبت، والتي يتم تركيبها في مكان واحد، وغالبًا ما يكون صندوق الإلكترونيات مثبتًا على الحائط أو الأنبوب.
ومع ذلك، فإن تصميم محول الطاقة المثبت على المشبك مناسب بشكل استثنائي لحلول قياس التدفق المحمولة. من خلال الجمع بين محولات الطاقة المثبتة على المشبك والإلكترونيات المحمولة، من الممكن تطوير مقاييس تدفق محمولة بالموجات فوق الصوتية.
يتم تجهيز هذه الأجهزة المحمولة بشكل عام بإلكترونيات محمولة ومحولات طاقة ومثبتات وجميع الملحقات الضرورية في حقيبة حمل مدمجة.
توفر مقاييس التدفق المحمولة تطبيقات فريدة لا يمكن لمقاييس التدفق الثابتة تركيبها، مثل الفحوصات الموضعية والتحقق من دقة مقاييس التدفق الأخرى والاستبدال المؤقت لمقاييس التدفق الثابتة.
يتضمن القياس الفوري أخذ قياسات مؤقتة للتدفق في حالة عدم وجود عداد ثابت، وغالبًا ما يكون ذلك جزءًا من دراسات استقصائية للتدفق على مستوى النظام. تساعد هذه الدراسات المستخدمين على فهم التدفقات في جميع أنحاء النظام، وتحديد التدفقات المرجعية وتحديد التسربات أو الانسدادات.
يمكن أيضًا استخدام العدادات المحمولة للتحقق من دقة مقياس تدفق آخر، خاصةً إذا كانت قراءاته غير عادية أو غير منتظمة. يمكن أن يساعد ذلك في تحديد ما إذا كانت المشكلة في العملية أو في المقياس نفسه.
في بعض الحالات، تتطلب محطات المعالجة في بعض الحالات معايرة دورية لأجهزتها، وهو ما قد ينطوي على إزالة مقياس التدفق لمعايرته في منشأة معتمدة. خلال هذه الفترة، يمكن استخدام مقياس تدفق محمول كبديل مؤقت حتى يتم إعادة تركيب المقياس الثابت.
يقدم مقياس التدفق المحمول من Fuji Electric خيارات مختلفة لإخراج الإشارات، مثل الإخراج التماثلي، مما يسمح بالتكامل السلس مع أنظمة التحكم.
باستخدام كل من مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية الثابتة والمحمولة غير التداخلية، يمكن للمشغلين زيادة رؤية العملية إلى أقصى حد مع تقليل تكاليف المعدات.
تتمثل إحدى الاستراتيجيات الشائعة في استخدام عدادات ثابتة للقياسات الحرجة وعدادات محمولة للقياسات المؤقتة، لتغطية جميع النقاط العمياء المحتملة. بالإضافة إلى ذلك، تقدم Fuji Electricبرامج تأجير أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية المحمولة للاحتياجات المؤقتة.
يستخدم العديد من المتخصصين في الصناعة مزيجًا من أجهزة قياس التدفق الثابتة والمحمولة التي تعمل بالموجات فوق الصوتية المثبتة على المشبك لتحسين التحكم في العملية والحفاظ على العائد على الاستثمار.
في الآونة الأخيرة، أدى التقدم في الآونة الأخيرة إلى تسريع وتيرة الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
ومع ذلك، فقد تأخرت الجهود المبذولة لتوفير الطاقة في استخدام البخار بسبب الصعوبات في تصور خسائر البخار.
ولحل هذه المشكلة، كان من الضروري الحصول على مقياس تدفق البخار بالموجات فوق الصوتية المثبتة على المشبك الذي يمكنهتحديد الفاقد من البخار دون قطع الأنابيب.
في حين تم استخدام مقاييس التدفق المثبتة على المشبك لقياس السوائل، كان من الصعب تطوير منتجات للبخار بسبب معامل انتقاله المنخفض للغاية بالموجات فوق الصوتية من الأنابيب.
باستخدام تقنيات الحد من الضوضاء واستخدام موجات لامب المعروفة أيضًا باسم الموجات فوق الصوتية ومعالجة الإشارات المتقدمة، أطلقت فوجي إلكتريك بنجاح في عام 2019 أول مقياس تدفق في العالم قادر على قياس البخار المشبع عند ضغط منخفض.
يستخدممقياس تدفق البخار بالموجات فوق الصوتية FSJ من فوجي إلكتريك مقياس تدفق البخار بالموجات فوق الصوتية محولات درجة الحرارة أو الضغط لقياس الطاقة الحرارية في تطبيقات البخار المشبع.
بفضل مجموعة واسعة من خيارات الاتصالات، يمكن دمج سلسلة مقاييس التدفق FSJ بسهولة في أنظمة أتمتة المباني.
على الرغم من أن تقنية مقياس الجريان بالموجات فوق الصوتية المثبتة على المشبك تقدم العديد من المزايا، إلا أنه من الضروري النظر في التطبيق لتحديد ما إذا كان مناسبًا أم لا.
كما هو الحال مع أي تقنية لقياس التدفق، تتمتع أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية المثبتة بمجموعة فريدة من المزايا والعيوب.
من المقرر أن يتوسع اعتماد قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية المثبتة على المشبك حيث تفوق الفوائد القيود المفروضة على مجموعة متزايدة من تطبيقات قياس التدفق. وبينما تنتشر هذه التقنية حاليًا على نطاق واسع في صناعات معينة، فمن المقرر أن تتوسع في قطاعات أخرى.
توفر مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية المثبتة على المشبك العديد من الفوائد لمشغلي العمليات الذين يتطلعون إلى قياس تدفق السائل والبخار في مجموعة متنوعة من أحجام الأنابيب والمواد.
التركيب غير الجراحي يلغي الحاجة إلى إجراء تعديلات مكلفة على الأنابيب أو الصيانة الدورية، مع توفير قراءات دقيقة دون انحراف في القياس بمرور الوقت.
وبالإضافة إلى ذلك، توفر مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية المحمولة المثبتة على المشبك تطبيقات فريدة لا يمكن لمقاييس التدفق المثبتة على أجهزة قياس التدفق الثابتة القيام بها، مثل الفحص في الموقع والتحقق من دقة مقياس تدفق آخر.
وبفضل تعدد الاستخدامات وتوفير التكاليف، من السهل معرفة سبب استخدام العديد من المتخصصين في الصناعة لمقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية الثابتة ومقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية المحمولة المثبتة على المشبك لتحسين عملياتهم.
عندما يتعلق الأمربتحسين رؤية العملية وخفض التكاليف، تقدم أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية المثبتة على المشبك مجموعة فريدة من الفوائد.
وبفضل التركيب غير التدخلي الذي لا يتطلب أي تعديلات في الأنابيب أو الصيانة، فإن هذه الأجهزة متعددة الاستخدامات للغاية في تطبيقات مثل أنظمة الطاقة في المناطق، والمنشآت الصناعية، وتصنيع الأدوية، ومحطات معالجة المياه، وعمليات النفط والغاز، ومعالجة الأغذية، وإنتاج المواد الكيميائية، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، والفحوصات الموضعية لدراسات التدفق.
من المرجح أن تكون نماذج مقاييس التدفق المحمولة هي نقطة الدخول للعديد من المستخدمين، نظرًا لعدم وجود خيارات قياس تدفق محمولة أخرى قابلة للتطبيق تجاريًا.
في نهاية المطاف، يعتمد اختيار أي أداة معالجة، بما في ذلك مقاييس التدفق، على المتطلبات المحددة للتطبيق وتحديد التقنية الأنسب لتلبية تلك الاحتياجات.
