Princípio de medição de vazão ultrassônica

Esse método é usado para medir líquidos e gases e utiliza o fato de que a velocidade de propagação das ondas sonoras dentro de um fluido é diretamente influenciada pela velocidade desse fluido. Em termos simples, nadar contra a corrente requer mais energia e tempo do que nadar a favor dela. A medição ultrassônica de vazão que utiliza o efeito do tempo de trânsito baseia-se nesse fato físico simples (consulte a Fig. 1).

Nesse método, os sensores trabalham em pares. Um ou mais pares de sensores são instalados no tubo e emitem e recebem pulsos ultrassônicos em sequência (denotados pelos sinais t₁ e t₂ na figura abaixo). Na “vazão zero”, o sinal t₁ é semelhante a t₂, ou seja, sem atraso no tempo de trânsito. Mas com um fluido em fluxo, as ondas ultrassônicas requerem diferentes períodos de tempo (dependendo da vazão) para alcançar o outro sensor. Isso resulta em um tempo de trânsito (t₂ – t₁). Se a distância entre os dois sensores for conhecida, a diferença de tempo de trânsito medida será diretamente proporcional à velocidade da vazão. Ambos os sensores são conectados a um transmissor. O transmissor excita os sensores para gerar ondas sonoras e mede o tempo de trânsito dessas ondas que se propagam de um sensor ao outro:

Um medidor de vazão Doppler usa o efeito Doppler para medir a vazão. Esse fenômeno da física é familiar a todos nós em nosso dia a dia. Ele envolve a reflexão de ondas por objetos em movimento. A frequência de áudio da sirene de uma ambulância, por exemplo, cai nitidamente depois que ela passa. Portanto, o efeito Doppler é um aumento (ou diminuição) na frequência das ondas sonoras à medida que a distância entre a fonte de áudio e o receptor aumenta ou diminui.

Os medidores Doppler funcionam somente se o fluido contiver partículas, bolhas de gás ou similares, que refletirão as ondas sonoras injetadas. Um medidor Doppler requer um sensor que atue tanto como transmissor quanto receptor. (Fig. 2).

Além do método doppler e do método de diferencial de tempo de trânsito, a vazão também pode ser medida com a ajuda de um método de correlação cruzada. Esse método mede a vazão detectando a passagem de um distúrbio ou padrão de perfil de vazão no fluxo em um ponto de medição e detecta quanto tempo (tempo de trânsito) esse distúrbio precisa para viajar até o próximo ponto de medição. A distância entre os dois pontos de medição (Δx) é conhecida, e o tempo de viagem é medido. Com base nisso, a velocidade da vazão e a vazão volumétrica podem ser calculadas.

Esse método pode ser usado para medições com velocidades de vazão muito altas e/ou altos teores de bolhas de gás ou partículas arrastadas. Ele precisa de um hardware e processamento de sinal potentes para processar os diversos cálculos e comparações necessários dos distúrbios e/ou padrões.