مقياس حرارة بالموجات فوق الصوتية يُثبّت بمشبك

مقياس الحرارة بالموجات فوق الصوتية ذو المشبك هو جهاز يُستخدم لقياس الحرارة. يعتمد بشكل أساسي على مبدأ فرق التوقيت في انتشار الموجات فوق الصوتية في السائل. في نظام التبادل الحراري، يتدفق الماء الساخن (أو أي سائل آخر ناقل للحرارة) عبر الأنبوب. يُركّب محوّل الطاقة فوق الصوتي خارج الأنبوب (وهذا هو معنى "المشبك الخارجي")، حيث يُرسل أحد المحوّلين إشارة فوق صوتية، بينما يستقبلها المحوّل الآخر.
يختلف زمن انتقال الموجة فوق الصوتية في اتجاه التدفق باختلاف اتجاه تدفق السائل. وبقياس هذا الفرق الزمني، بالإضافة إلى القطر الداخلي للأنبوب وسرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في السائل وغيرها من المعايير، يُمكن حساب معدل تدفق السائل. ثم، بناءً على معدل تدفق السائل وفرق درجة الحرارة (الفرق بين درجة حرارة دخول السائل الساخن ودرجة حرارة خروجه) والسعة الحرارية النوعية للسائل وغيرها من المعايير، تُستخدم معادلة حساب الحرارة (حيث تمثل الحرارة، و معدل التدفق الكتلي، و السعة الحرارية النوعية، و فرق درجة الحرارة) لحساب الحرارة.
ميزة
سهولة التركيب: نظرًا لكونه تركيبًا خارجيًا باستخدام مشبك، فلا حاجة لقطع خط الأنابيب، ولن يتسبب في أي ضرر عند تعديل نظام الأنابيب الحالي لقياس الحرارة. على سبيل المثال، في بعض أنظمة التدفئة المركزية القديمة، إذا رغبتَ في إضافة جهاز قياس حرارة، يُمكن تركيب مقياس حرارة خارجي يعمل بالموجات فوق الصوتية بسهولة على أنبوب التدفئة.
دقة عالية: في ظل ظروف التشغيل المناسبة، يمكن قياس فرق زمن انتشار الموجات فوق الصوتية بدقة، ومن ثم حساب معدل تدفق السائل وحرارته بدقة. وتلبي دقة القياس متطلبات معظم تطبيقات قياس الحرارة الصناعية والمدنية.
انخفاض تكاليف الصيانة: لا توجد أجزاء على اتصال مباشر بالسائل، مما يقلل من تلف الجهاز الناتج عن تآكل السائل وتكوّن الترسبات وغيرها من المشاكل. وفي حال تعطل محول الطاقة الخارجي أو أي جزء آخر، يكون استبداله بسيطًا نسبيًا، ولا حاجة إلى تفكيك معقد للأنابيب أو عمليات أخرى.
عيب
متطلبات عالية لخط الأنابيب: تؤثر مادة خط الأنابيب وحالة سطحه على انتشار الموجات فوق الصوتية. على سبيل المثال، إذا كان جدار الأنبوب سميكًا جدًا أو كان سطحه غير مستوٍ وبه الكثير من الصدأ، فسيؤدي ذلك إلى توهين كبير في إشارة الموجات فوق الصوتية ويؤثر على دقة القياس.
تُعد عملية المعايرة معقدة: إذ تتأثر دقة قياسها بالعديد من العوامل، مثل طبيعة السائل (الكثافة، اللزوجة، إلخ)، ودقة أبعاد الأنبوب، وما إلى ذلك. لذلك، هناك المزيد من العوامل التي يجب مراعاتها في أعمال المعايرة، وتُعد عملية المعايرة معقدة نسبيًا، وتتطلب معدات متخصصة وكوادر فنية.
سيناريو التطبيق
نظام التدفئة المركزية: في نظام التدفئة المركزية الحضرية، يُستخدم هذا النظام لقياس استهلاك الحرارة لكل منزل بهدف ترشيد تكاليف التدفئة. ومن خلال تركيب مقياس حرارة خارجي يعمل بالموجات فوق الصوتية، يُمكن قياس استهلاك الحرارة الفعلي لكل مستخدم بدقة، مما يُسهم في ترشيد استهلاك الطاقة وخفض الانبعاثات في نظام التدفئة.
عمليات التبادل الحراري الصناعية: في المجالات الكيميائية والصيدلانية وغيرها من المجالات الصناعية، توجد العديد من عمليات التبادل الحراري. يمكن استخدام مقاييس الحرارة فوق الصوتية الخارجية المثبتة لمراقبة انتقال الحرارة في معدات التبادل الحراري، مما يساعد على تحسين عملية الإنتاج ورفع كفاءة الطاقة. على سبيل المثال، في حلقة التبادل الحراري للمفاعل الكيميائي، يمكنها مراقبة مدخلات ومخرجات الحرارة في الوقت الفعلي لتوفير بيانات تدعم التحكم في عملية التفاعل.