Sensores ultrassônicos para medidores de vazão

O campo da medição ultrassônica abrange uma variedade de modelos e tipos de medidores de vazão. O termo “ultrassônico” não define de maneira inequívoca o tipo do medidor de vazão. “Ultrassônico” indica apenas que a vazão é medida usando ultrassom. A vazão em si é medida por um de três métodos fundamentalmente diferentes:

• Método de diferencial de tempo de trânsito (tempo de voo/time-of-flight)
• Método Doppler
• Método de correlação cruzada

O método mais aplicado e mais preciso é o diferencial de tempo de trânsito (tempo de voo). Pode ser aplicado a líquidos, gases, aplicações criogênicas (inclusive GNL) e aplicações de alta temperatura.

Atualmente, há uma variedade de tipos de sensores ultrassônicos disponíveis para instalação direta na tubulação ou fornecidos pré-instalados em um tubo de medição. Os sensores podem ser divididos em três subgrupos:

• Sensores clamp-on (fixação com braçadeira)
• Sensores de inserção
• Sensores em linha

As ondas sonoras podem atravessar os materiais sem causar danos. Diagnósticos médicos, testes de materiais e medição de vazão são usos extremamente úteis dessa propriedade. No que diz respeito à medição da vazão, isso significa que o sensor pode estar fora do tubo e não precisa necessariamente estar em contato com o fluido. Os equipamentos instalados dessa forma são normalmente chamados de sensores “clamp-on” (Fig. 1). Uma característica dos sensores clamp-on é que as ondas ultrassônicas sempre passam pelo centro do tubo.

Os sensores que estão em contato direto com o fluido são conhecidos como “sensores de inserção ou sensores molhados”. Eles também são usados com medidores de tempo de trânsito de múltiplos caminhos, que têm trajetos de som deslocados do plano médio do tubo. Os sistemas de caminho duplo são um exemplo (Fig. 3). Os sistemas de múltiplos caminhos oferecem uma melhor linearidade e são menos suscetíveis a distúrbios no perfil da vazão. Alguns fabricantes também oferecem sensores de inserção com instalação por hot tapping/trepanação.

Os tubos de medição pré-fabricados (consulte a Fig. 3) são ideais para transpor as precisões de medição determinadas em laboratório diretamente para o local. Um sensor em linha consiste em um tubo de medição pré-fabricado completo com sensores de inserção pré-instalados, que podem ser molhados ou isolados do fluido. Configurações como essa geralmente empregam sensores em linha com um sistema de múltiplos caminhos que consiste em dois, três, quatro ou mais pares de sensores.