अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर

प्रवाह संवेदक का योजनाबद्ध दृश्य।

एक अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर एक प्रकार का प्रवाह मीटर है जो ध्वनी प्रवाह की गणना करने के लिए अल्ट्रासाउंड के साथ द्रव के वेग को मापता है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग करते हुए, प्रवाह मीटर अल्ट्रासाउंड के उत्सर्जित बीम के मार्ग के साथ औसत वेग को माप सकता है अल्ट्रासाउंड की पल्सेस के बीच और प्रवाह की दिशा में या आवृत्ति बदलाव को मापने के बीच मापा पारगमन समय में अंतर को औसत करके डॉपलर प्रभाव से अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर द्रव के ध्वनिक गुणों से प्रभावित होते हैं और स्पष्ट प्रवाह मीटर के आधार पर तापमान, घनत्व, श्यानता और निलंबित कणों से प्रभावित हो सकते हैं। वे खरीद मूल्य में अधिक भिन्न होते हैं किंतु प्रायः उपयोग करने और बनाए रखने के लिए सस्ती होती हैं क्योंकि वे यांत्रिक प्रवाह मीटर के विपरीत चलती भागों का उपयोग नहीं करते हैं।

ऑपरेशन के साधन

अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर के तीन अलग-अलग प्रकार हैं। संचरण (या कॉन्ट्राप्रॉपगेटिंग ट्रांज़िट-टाइम) प्रवाह मीटर को इन-लाइन (घुसपैठ, गीला) और क्लैम्प-ऑन (गैर-घुसपैठ) प्रकार में अलग किया जा सकता है। डॉपलर शिफ्ट का उपयोग करने वाले अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर को प्रतिबिंब या डॉपलर प्रवाह मीटर कहा जाता है। तीसरा प्रकार ओपन-चैनल प्रवाह मीटर है।

सिद्धांत

समय पारगमन प्रवाह मीटर

अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर प्रवाह दिशा के साथ और इसके विपरीत फैलने वाले अल्ट्रासोनिक पल्सेस के पारगमन समय के बीच के अंतर को मापते हैं। यह समय अंतर अल्ट्रासोनिक बीम के पथ के साथ द्रव के औसत वेग के लिए एक उपाय है। पूर्ण पारगमन समय $t_{up}$ और $t_{down}$ का उपयोग करके औसत द्रव वेग $v$ और ध्वनि $c$ की गति दोनों की गणना की जा सकती है। इन दो पारगमन समयों का उपयोग करते हुए, ट्रांसड्यूसर $L$ और झुकाव कोण प्राप्त करने और प्रसारित करने के बीच की दूरी $\alpha$ यदि हम मान लें कि ध्वनि को ऊपर जाते समय प्रवाह के विपरीत जाना पड़ता है और नीचे लौटने पर प्रवाह के साथ जाना पड़ता है, तो वेग की परिभाषा से निम्नलिखित समीकरण लिख सकते हैं:

$c-v\cos \alpha ={\frac {L}{t_{up}}}$ और

$c+v\cos \alpha ={\frac {L}{t_{down}}}$

उपरोक्त समीकरणों को जोड़ने और घटाने पर हम प्राप्त करते हैं,

$v={\frac {L}{2\;\cos \left(\alpha \right)}}\;{\frac {t_{up}-t_{down}}{t_{up}\;t_{down}}}$ और

$c={\frac {L}{2}}\;{\frac {t_{up}+t_{down}}{t_{up}\;t_{down}}}$

जहाँ $v$ ध्वनि पथ के साथ द्रव का औसत वेग है और $c$ ध्वनि की गति है।

डॉपलर शिफ्ट प्रवाह मीटर

अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटरिंग में एक अन्य विधि डॉपलर शिफ्ट का उपयोग है जो एक अल्ट्रासोनिक बीम के परावर्तन से उत्पन्न होती है, जैसे ठोस कण या एंट्रेंस (हाइड्रोडायनामिक्स) एक बहते तरल पदार्थ में हवा के बुलबुले या द्रव की अशांति यदि तरल साफ है।

डॉपलर फ्लोमीटर का उपयोग स्लरी तरल पदार्थ बुलबुले के साथ गैसों के साथ ध्वनि-परावर्तक कणों के लिए किया जाता है।

इस प्रकार के प्रवाह मीटर का उपयोग रक्त प्रवाह की दर को मापने के लिए भी किया जा सकता है ऊतकों के माध्यम से एक अल्ट्रासोनिक बीम पास करके इसे एक परावर्तक प्लेट से उछाल कर फिर बीम की दिशा को उलट कर माप को दोहराते हुए रक्त प्रवाह की मात्रा अनुमान लगाया जा सकता है। संचरित बीम की आवृत्ति पोत में रक्त की गति से प्रभावित होती है और अपस्ट्रीम बीम बनाम डाउनस्ट्रीम की आवृत्ति की तुलना करके पोत के माध्यम से रक्त के प्रवाह को मापा जा सकता है। दो आवृत्तियों के बीच का अंतर वास्तविक आयतन प्रवाह का माप है। रक्त वाहिका के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र से स्वतंत्र प्रवाह को मापने के लिए एक वाइड-बीम सेंसर का भी उपयोग किया जा सकता है।

ओपन चैनल प्रवाह मीटर

इस स्थिति में अल्ट्रासोनिक तत्व वास्तव में विवर्त चैनल में पानी की ऊंचाई को माप रहा है; चैनल की ज्यामिति के आधार पर प्रवाह को ऊंचाई से निर्धारित किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक सेंसर में सामान्यतः इसके साथ एक तापमान सेंसर भी होता है क्योंकि हवा में ध्वनि की गति तापमान से प्रभावित होती है।

यह भी देखें

• प्रवाह की माप
• चुंबकीय प्रवाह मीटर
• टरबाइन प्रवाह मीटर
• अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर के लाभ

संदर्भ

• Lipták, Béla G.: Process Measurement and Analysis, Volume 1. CRC Press (2003), ISBN 0-8493-1083-0 (v. 1)
• Ultrasonic Acoustic Sensing Brown University
• Lynnworth, L.C.: Ultrasonic Measurements for Process Control. Academic Press, Inc. San Diego. ISBN 0-12-460585-0

बाहरी संबंध

• Doppler Shift for Sound and Light at MathPages
• The Doppler Effect and Sonic Booms (D.A. Russell, Kettering University)