डॉपलर फ्लोमीटर डॉपलर प्रभाव का फायदा उठाते हैं, जो एक गतिशील वस्तु द्वारा परावर्तित या परावर्तित तरंगों के परिणामस्वरूप होने वाली आवृत्ति का स्थानांतरण है।
डॉपलर प्रभाव का एक आम एहसास एक चलती वाहन से सींग की रिपोर्ट की आवृत्ति में कथित बदलाव है: जैसा कि वाहन श्रोता के पास जाता है, सींग की पिच सामान्य से अधिक लगती है; जब वाहन श्रोता को पास करता है और दूर जाना शुरू करता है, तो सींग की पिच अचानक कम आवृत्ति पर "शिफ्ट डाउन" हो जाती है।
वास्तव में, हॉर्न की आवृत्ति कभी नहीं बदलती है, लेकिन स्थिर श्रोता के निकट जाने वाले वाहन के वेग हवा में ध्वनि कंपन को "संपीड़ित" करने के लिए कार्य करता है। जब वाहन दूर जाता है, तो श्रोता के दृष्टिकोण से ध्वनि तरंगों को "बढ़ाया" जाता है।
एक ही प्रभाव तब होता है जब एक ध्वनि तरंग एक चलती वस्तु के उद्देश्य से होती है, और प्रतिध्वनि की आवृत्ति संचरित (घटना) आवृत्ति की तुलना में होती है। यदि अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर की ओर अग्रसर बुलबुले से परावर्तित तरंग वापस आती है, तो परावर्तित आवृत्ति घटना की आवृत्ति से अधिक होगी।
यदि प्रवाह दिशा को उलट देता है और परावर्तित लहर एक ट्रांसड्यूसर से दूर यात्रा करते हुए बुलबुले से लौटती है, तो परिलक्षित आवृत्ति घटना की आवृत्ति से कम होगी।
यह एक वाहन के हॉर्न पिच की घटना से मेल खाता है क्योंकि वाहन एक श्रोता के पास जा रहा है और जैसे ही वाहन एक श्रोता से दूर जाता है, घटने लगता है।
एक डॉपलर फ्लोमीटर, ध्वनि की तरंगों को प्रवाह प्रवाह में प्रवाहित करता है या उस प्रवाह की परिमाण से द्रव वेग को मापने के लिए प्रवाह की धारा में सामग्री को कणित करता है।
अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर - डॉपलर फ्लो मीटर
ध्वनि तरंगों को प्रतिबिंबित करने के लिए फ्लो स्ट्रीम में ऑब्जेक्ट्स की आवश्यकता काफी बड़ी होती है जो डॉपलर अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर से तरल अनुप्रयोगों तक सीमित होती है।
"डर्टी" तरल पदार्थ जैसे कि स्लरी और अपशिष्ट जल, या पर्याप्त मात्रा में गैस बुलबुले (जैसे कार्बोनेटेड पेय) ले जाने वाले तरल पदार्थ इस तकनीक के लिए अच्छे उम्मीदवार तरल पदार्थ हैं।
यह आशा करना अवास्तविक है कि मजबूत गूँज को प्रतिबिंबित करने के लिए कोई भी गैस धारा तरल बूंदों या ठोस पदार्थों को बड़ी मात्रा में ले जाएगी, और इसलिए गैस प्रवाह को मापने के लिए डॉपलर प्रवाह मीटर का उपयोग नहीं किया जा सकता है।
द्रव वेग (v) और डॉपलर फ्रिक्वेंसी शिफ्ट (isf) के बीच गणितीय संबंध इस प्रकार है कि द्रव वेग के माध्यम से उस तरल पदार्थ के माध्यम से ध्वनि की गति की तुलना में बहुत कम है (v <>
कहाँ पे,
Δf = डॉपलर आवृत्ति पारी
v = द्रव का वेग (वास्तव में, ध्वनि तरंग को दर्शाने वाले कण का)
f = घटना ध्वनि तरंग की आवृत्ति
θ = ट्रांसड्यूसर और पाइप सेंटरलाइन्स के बीच का कोण
c = प्रक्रिया द्रव में ध्वनि की गति
इसे भी देखें: अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर एनीमेशन
ध्यान दें कि डॉपलर प्रभाव ट्रांसड्यूसर द्वारा प्राप्त प्रत्येक प्रतिध्वनि से द्रव वेग का सीधा माप कैसे प्राप्त करता है।
यह टाइम-ऑफ लाइट के आधार पर दूरी के माप के विपरीत चिह्नित है (टाइम डोमेन रिफ्लेब्रोमेट्री - जहां घटना पल्स और लौटी इको के बीच समय की मात्रा ट्रांसड्यूसर और रिफ्लेक्टिंग सतह के बीच की दूरी के लिए आनुपातिक है)
जैसे अल्ट्रासोनिक तरल स्तर माप के आवेदन में। एक डॉपलर फ्लोमीटर में, घटना और परिलक्षित दालों के बीच का समय देरी अप्रासंगिक है। घटना और प्रतिबिंबित संकेतों के मामलों के बीच केवल आवृत्ति बदलाव।
यह आवृत्ति परिवर्तन प्रवाह के वेग के लिए सीधे आनुपातिक है, जिससे डॉपलर अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर एक रैखिक माप उपकरण बन जाता है।
फिर से वेग के लिए हल करने के लिए डॉपलर आवृत्ति बदलाव समीकरण की व्यवस्था करना (फिर से, v <>
यह जानते हुए कि वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर पाइप क्षेत्र और द्रव के औसत वेग (Q = Av) के उत्पाद के बराबर है, हम समीकरण की गणना सीधे प्रवाह दर (Q) के लिए हल करने के लिए कर सकते हैं:
डॉपलर अल्ट्रासोनिक प्रवाह माप के लिए एक बहुत महत्वपूर्ण विचार यह है कि प्रवाह मीटर का अंशांकन द्रव (सी) के माध्यम से ध्वनि की गति से भिन्न होता है।
उपर्युक्त समीकरण में c की उपस्थिति से यह स्पष्ट रूप से स्पष्ट है: जैसा कि c बढ़ता है, etf किसी भी निश्चित वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर Q के लिए आनुपातिक रूप से घटाना चाहिए।
चूंकि प्रवाहमापी को anf के संदर्भ में प्रवाह दर की सीधे व्याख्या करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, c में वृद्धि के कारण registerf में कमी आएगी और इस प्रकार Q में कमी दर्ज की जाएगी।
इसका मतलब है कि फ्लॉप के लिए ध्वनि की गति को ठीक से ज्ञात करने के लिए डॉपलर अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर के लिए सटीक रूप से जाना जाना चाहिए।
किसी भी तरल पदार्थ के माध्यम से ध्वनि की गति उस माध्यम के घनत्व और बल्क मापांक (कितनी आसानी से संकुचित होती है) का एक कार्य है:
कहाँ पे,
c = किसी सामग्री में ध्वनि की गति (मीटर प्रति सेकंड)
बी = थोक मापांक (पास्कल, या न्यूटन प्रति वर्ग मीटर)
ρ = द्रव्यमान का घनत्व घनत्व (किलोग्राम प्रति घन मीटर)
तापमान तरल घनत्व को प्रभावित करता है, और रचना (तरल का रासायनिक क्षेत्र) थोक मापांक को प्रभावित करता है। इस प्रकार, तापमान और संरचना दोनों डॉपलर अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर अंशांकन के लिए कारकों को प्रभावित कर रहे हैं।
यहां दबाव चिंता का विषय नहीं है, क्योंकि दबाव केवल गैसों के घनत्व को प्रभावित करता है, और हम पहले से ही जानते हैं कि डॉपलर फ्लोमीटर केवल तरल पदार्थ के साथ कार्य करते हैं।
बुलबुले या पर्याप्त आकार के कणों की आवश्यकता के विषय पर बाद में, डॉपलर अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर की एक और सीमा तरल पदार्थ की प्रवाह दरों को मापने में असमर्थता है जो बहुत साफ और बहुत सजातीय हैं। ऐसे अनुप्रयोगों में, ध्वनि-तरंग प्रतिबिंब मज़बूती से मापने के लिए बहुत कमजोर होंगे।
ऐसा तब भी होता है जब ठोस कणों की ध्वनि की गति तरल के बहुत करीब होती है, क्योंकि परावर्तन तभी होता है जब कोई ध्वनि तरंग किसी सामग्री का ध्वनि की भिन्न गति के साथ सामना करती है।
डॉपलर-प्रकार के अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर उन अनुप्रयोगों में बेकार हैं जहां हम मजबूत ध्वनि-तरंग प्रतिबिंब प्राप्त नहीं कर सकते हैं।
ट्रांजिट-टाइम फ्लोमीटर, जिसे कभी-कभी काउंटरप्रोपेजेशन फ्लोमीटर कहा जाता है, डॉपलर अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर का एक विकल्प है।
एक पारगमन-समय अल्ट्रासोनिक फ्लोमीटर, द्रव प्रवाह के साथ ध्वनि प्रवाह बनाम ध्वनि प्रवाह के बीच यात्रा करने वाले ध्वनि नाड़ी के बीच के अंतर को मापने के लिए विपरीत सेंसर की एक जोड़ी का उपयोग करता है।
चूंकि द्रव की गति एक ध्वनि तरंग को साथ ले जाती है, इसलिए ध्वनि प्रवाहित पल्स डाउनस्ट्रीम एक ध्वनि पल्स अपस्ट्रीम की तुलना में यात्रा को तेज बनाएगा:
पारगमन-समय प्रवाह मीटर
एक पारगमन समय प्रवाहमापी के माध्यम से वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह की दर अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम प्रसार का एक सरल कार्य है:
कहाँ पे,
क्यू = परिकलित प्रवाह प्रवाह दर
k = आनुपातिकता का लगातार होना
टी अप = साउंड पल्स के लिए डाउनस्ट्रीम लोकेशन से अपस्ट्रीम लोकेशन (अपस्ट्रीम, फ्लो के विरुद्ध) की यात्रा का समय
टी डाउन = साउंड पल्स के लिए अपस्ट्रीम लोकेशन से डाउनस्ट्रीम लोकेशन (डाउनस्ट्रीम, फ्लो के साथ) तक का समय
पारगमन-समय वेग माप की एक दिलचस्प विशेषता यह है कि पारगमन समय उत्पाद पर पारगमन समय अंतर का अनुपात द्रव के माध्यम से ध्वनि की गति में परिवर्तन के साथ स्थिर रहता है।
यदि आप अपने आप को यह साबित करना चाहते हैं, तो आप प्रवाह सूत्र में समय के लिए पथ की लंबाई (L), द्रव वेग (v) और ध्वनि वेग (c) को प्रतिस्थापित करके ऐसा कर सकते हैं। अपने विकल्प के रूप में tup = L / (c) v) और tdown = L / (c + v) का उपयोग करें, तब बीजगणितीय रूप से प्रवाह सूत्र को कम करें जब तक कि आपको पता नहीं चलता कि सभी c शब्द रद्द हो गए हैं। आपका अंतिम परिणाम Q = 2kv / L होना चाहिए।
जब इस समीकरण को पथ लंबाई (L), द्रव वेग (v), और ध्वनि वेग (c) के संदर्भ में डाला जाता है, तो समीकरण Q = 2kv / L तक सरल हो जाता है, यह साबित करता है कि पारगमन-समय प्रवाह मीटर की तरह रैखिक है डॉपलर फ्लोमीटर, तरल पदार्थ की ध्वनि की गति में परिवर्तन के लिए प्रतिरक्षा होने के लाभ के साथ।
तरल संरचना में परिवर्तन के परिणामस्वरूप थोक मापांक में परिवर्तन, या संरचना, तापमान, या दबाव भिन्नरूपों के परिणामस्वरूप घनत्व में परिवर्तन इसलिए पारगमन-समय प्रवाह मीटर की सटीकता पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है।
ध्वनि की गति में परिवर्तन के लिए न केवल ट्रांजिट-टाइम अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर प्रतिरक्षा हैं, बल्कि वे प्रवाह दर से स्वतंत्र उस ध्वनि वेग को मापने में भी सक्षम हैं।
अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम प्रचार समय के आधार पर ध्वनि की गति की गणना के लिए समीकरण इस प्रकार है:
कहाँ पे,
c = द्रव में ध्वनि की परिकलित गति
एल = पथ की लंबाई
टी अप = साउंड पल्स के लिए डाउनस्ट्रीम लोकेशन से अपस्ट्रीम लोकेशन (अपस्ट्रीम, फ्लो के विरुद्ध) की यात्रा का समय
टी डाउन = साउंड पल्स के लिए अपस्ट्रीम लोकेशन से डाउनस्ट्रीम लोकेशन (डाउनस्ट्रीम, फ्लो के साथ) तक का समय
जबकि प्रवाह माप के प्रत्यक्ष उद्देश्य के लिए आवश्यक या विशेष रूप से प्रासंगिक नहीं है, फिर भी ध्वनि की तरल पदार्थ की गति का यह अनुमान एक नैदानिक उपकरण के रूप में उपयोगी है। यदि तरल पदार्थ के लिए ध्वनि की वास्तविक गति या तो नमूने की प्रत्यक्ष प्रयोगशाला माप या नमूने के रासायनिक विश्लेषण से जानी जाती है, तो प्रवाह मीटर की पूर्ण पारगमन समय माप सटीकता की जांच करने के लिए इस गति की तुलना प्रवाह मीटर की ध्वनि की गति से की जा सकती है। । सेंसर के भीतर या सेंसर इलेक्ट्रॉनिक्स के भीतर कुछ समस्याओं का इस तरह से पता लगाया जा सकता है।
ट्रांजिट-टाइम अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर के विश्वसनीय संचालन के लिए एक आवश्यकता यह है कि प्रक्रिया द्रव गैस के बुलबुले या ठोस कणों से मुक्त हो जो ध्वनि तरंगों को बिखेर सकता है या बाधित कर सकता है।
ध्यान दें कि यह डॉपलर अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर की ठीक विपरीत आवश्यकता है, जिसमें ध्वनि तरंगों को प्रतिबिंबित करने के लिए बुलबुले या कणों की आवश्यकता होती है।
ये विरोधी आवश्यकताएं डॉपलर प्रवाह मीटर के लिए उपयुक्त अनुप्रयोगों से पारगमन-समय प्रवाह मीटर के लिए उपयुक्त अनुप्रयोगों को बड़े करीने से भेद करती हैं, और गैस प्रवाह धाराओं के साथ-साथ तरल प्रवाह धाराओं पर पारगमन-समय अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर का उपयोग करने की संभावना भी बढ़ाती हैं।
