Un medidor de flujo ultrasónico es un tipo de medidor de flujo que mide la velocidad de un fluido con ultrasonido para calcular el flujo volumétrico. Usando transductores ultrasónicos , el medidor de flujo puede medir la velocidad promedio a lo largo de la trayectoria de un haz de ultrasonido emitido, promediando la diferencia en el tiempo de tránsito medido entre los pulsos de ultrasonido que se propagan en y contra la dirección del flujo o midiendo el cambio de frecuencia. del efecto Doppler. Los caudalímetros ultrasónicos se ven afectados por las propiedades acústicas del fluido y pueden verse afectados por la temperatura, la densidad, la viscosidad y las partículas en suspensión, según el caudalímetro exacto. Varían mucho en el precio de compra, pero a menudo son económicos de usar y mantener porque no usan partes móviles , a diferencia de los medidores de flujo mecánicos.
Medios de operación
Hay tres tipos diferentes de caudalímetros ultrasónicos. Los medidores de flujo de transmisión (o contrapropagación del tiempo de tránsito) se pueden distinguir en variedades en línea (intrusivas, húmedas) y de pinza (no intrusivas). Los medidores de flujo ultrasónicos que utilizan el desplazamiento Doppler se denominan medidores de flujo de reflexión o Doppler. El tercer tipo es el caudalímetro de canal abierto. [1]
Principio
Medidor de flujo de tránsito de tiempo
Los medidores de flujo ultrasónicos miden la diferencia entre el tiempo de tránsito de los pulsos ultrasónicos que se propagan con y contra la dirección del flujo. Esta diferencia de tiempo es una medida de la velocidad promedio del fluido a lo largo de la trayectoria del haz ultrasónico. Utilizando los tiempos de tránsito absolutos y , tanto la velocidad promedio del fluido y la velocidad del sonido se puede calcular. Usando estos dos tiempos de tránsito, la distancia entre los transductores de recepción y transmisión y el ángulo de inclinación , si asumimos que el sonido tiene que ir contra el flujo cuando sube y a lo largo del flujo cuando regresa hacia abajo, entonces se pueden escribir las siguientes ecuaciones a partir de la definición de velocidad :
y
Al sumar y restar las ecuaciones anteriores obtenemos,
y
dónde es la velocidad media del fluido a lo largo de la trayectoria del sonido y es la velocidad del sonido.
Medidores de flujo de desplazamiento Doppler
Otro método en la medición de flujo ultrasónico es el uso del desplazamiento Doppler que resulta de la reflexión de un haz ultrasónico en materiales sónicamente reflectantes , como partículas sólidas o burbujas de aire arrastradas en un fluido que fluye, o la turbulencia del propio fluido, si el el líquido está limpio.
Los caudalímetros Doppler se utilizan para lodos , líquidos con burbujas, gases con partículas que reflejan el sonido.
Este tipo de medidor de flujo también se puede usar para medir la tasa de flujo sanguíneo , pasando un rayo ultrasónico a través de los tejidos, haciéndolo rebotar en una placa reflectante, luego invirtiendo la dirección del rayo y repitiendo la medición, el volumen del flujo sanguíneo. se puede estimar. La frecuencia del haz transmitido se ve afectada por el movimiento de la sangre en el vaso y, comparando la frecuencia del haz corriente arriba con la corriente abajo, se puede medir el flujo de sangre a través del vaso. La diferencia entre las dos frecuencias es una medida del flujo volumétrico real. También se puede utilizar un sensor de haz ancho para medir el flujo independientemente del área de la sección transversal del vaso sanguíneo.
Medidores de flujo de canal abierto
En este caso, el elemento ultrasónico mide realmente la altura del agua en el canal abierto; según la geometría del canal, el caudal se puede determinar a partir de la altura. El sensor ultrasónico generalmente también tiene un sensor de temperatura porque la velocidad del sonido en el aire se ve afectada por la temperatura.
Ver también
Referencias
- Lipták, Béla G .: Medición y análisis de procesos, volumen 1. CRC Press (2003), ISBN 0-8493-1083-0 (v. 1)
- Detección acústica ultrasónica de la Universidad de Brown
- Lynnworth, LC: Mediciones ultrasónicas para el control de procesos. Academic Press, Inc. San Diego. ISBN 0-12-460585-0