ما هو تأثير دوبلر في مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية؟

تُعدّ ظاهرة دوبلر في مقياس التدفق فوق الصوتي ظاهرةً يتغير فيها تردد الإشارة فوق الصوتية نتيجةً لحركة الجزيئات أو السائل داخل الأنبوب. ويُستخدم هذا التغير في التردد لتحديد سرعة السائل، ومن ثمّ يُمكن حساب معدل التدفق.

مبدأ عمل تأثير دوبلر في عدادات التدفق فوق الصوتية:

في مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية الذي يستخدم تأثير دوبلر، يعمل النظام على النحو التالي:

نقل الموجات فوق الصوتية: يقوم مقياس التدفق بنقل موجة فوق صوتية إلى السائل من خلال محول الطاقة.

انعكاس الموجات من الجسيمات: في كثير من الحالات، لا يكون السائل نقيًا، بل يحتوي على جسيمات معلقة أو فقاعات أو شوائب أخرى. عندما تصطدم الموجات فوق الصوتية بهذه الجسيمات أو الفقاعات المتحركة، فإنها تنعكس عائدةً إلى المحول.

تغير التردد: حركة الجسيمات تتسبب في تغير تردد الموجة فوق الصوتية المنعكسة:

إذا كان تدفق السائل يتحرك باتجاه المحول، فسيكون التردد المنعكس أعلى (انزياح دوبلر إيجابي).

إذا كان تدفق السائل يتحرك بعيدًا عن المحول، فسيكون التردد المنعكس أقل (انزياح دوبلر سلبي).

حساب انزياح التردد: يتناسب مقدار انزياح التردد طرديًا مع سرعة السائل. فكلما زادت سرعة السائل، زاد انزياح التردد.

حساب معدل التدفق: من خلال قياس إزاحة دوبلر ومعرفة خصائص السائل وهندسة الأنبوب، يستطيع مقياس التدفق حساب سرعة السائل. ويمكن بعد ذلك اشتقاق معدل التدفق بضرب سرعة السائل في مساحة المقطع العرضي للأنبوب.

العوامل المؤثرةتأثير دوبلر في عدادات التدفق فوق الصوتية:

تركيز الجسيمات: يعتمد تأثير دوبلر على وجود الجسيمات (أو الفقاعات) داخل السائل. إذا كان السائل نقيًا جدًا أو خاليًا من المواد الصلبة العالقة، فقد لا تنعكس الموجات فوق الصوتية بشكل كافٍ، مما يؤدي إلى قياسات غير دقيقة أو فاشلة.

حجم الجسيمات: تعكس الجسيمات أو الفقاعات الأكبر حجماً الموجات فوق الصوتية بشكل أكثر فعالية، مما يجعل رصد انزياح دوبلر أسهل. أما الجسيمات الأصغر حجماً فقد لا تُنتج انعكاساً قوياً بما يكفي ليتمكن النظام من رصده.

شكل التدفق: يؤثر شكل التدفق (مضطرب أو انسيابي) على دقة قياس دوبلر. عادةً ما تكون أجهزة قياس دوبلر أكثر ملاءمة للتدفق المضطرب، حيث تتحرك الجسيمات بطريقة عشوائية وفوضوية.

خصائص السوائل: تؤثر سرعة الصوت في السائل على انزياح دوبلر. قد يلزم معايرة الجهاز لأنواع معينة من السوائل، حيث تختلف سرعة الصوت باختلاف كثافة السائل ودرجة حرارته وتركيبه.

أنواععدادات تدفق دوبلر فوق الصوتية:

عدادات تدفق دوبلر المثبتة بمشبكلا تتطلب هذه العدادات قطع الأنبوب. فهي تُثبّت على السطح الخارجي للأنبوب وتقيس تغير تردد الموجات فوق الصوتية أثناء مرورها عبر السائل.

عدادات تدفق دوبلر المدمجة: يتم تركيب هذه العدادات مباشرة في خط الأنابيب، حيث تقوم أجهزة الاستشعار فوق الصوتية بإرسال واستقبال الموجات الصوتية من داخل السائل.