بخشی از مقاله
چکیده
امروزه از روشهای جدید و مدرنی جهت اندازهگیری دبی جریان آب در کانالهای آبیاری استفاده میگردد. یکی از این روشها که به طور وسیعی در صنعت مورد استفاده قرار میگیرد، دبی سنجی با استفاده از دبی سنجهای التراسونیک میباشند. در سالهای اخیر، طیف وسیعی از انواع دبی سنجهای التراسونیک توسط شرکتهای سازنده دبی سنج تولید گردیده است. دبی سنجهای داپلرهای موج پیوسته یکی از اولین انواع دبی سنجهای التراسونیک است که در کانالهای باز و بالاخص کانالهای فاضلاب کاربرد وسیعی دارند. استفاده از دبی سنجهای داپلری دارای محدودیتها، معایب و مزایای خاص است که در انتخاب دبی سنج برای یک کانال بخصوص باید موارد فوق الذکر مد نظر قرار گیرند. در این مقاله در ابتدا سعی گردیده تا یک معرفی کلی از این نوع دبی سنجها و مکانیزم کارکرد آن ارائه گردد. سپس به محدودیتهای کاربرد این دستگاه در کانالهای آبیاری پرداخته شده و جهت بکارگیری مناسب این آن بر اساس استانداردهای جهانی، راهکارهایی مناسب ارائه گردیده است.
واژههای کلیدی: دبی سنجی- دبی سنج التراسونیک- داپلر موج پیوسته- امواج التراسونیک
مقدمه
اندازهگیری دقیق جریان آب در کانالهای آبیاری از اهمیت بالایی برخوردار است. مدیریت و نگهداری شبکههای آبیاری و زهکشی، بدون داشتن میزان دقیق دبی عبوری از کانال، مدیریت کارآمد و موثری نخواهد بود. مهمترین مزایای دبی سنجی عبارتند از:
-با اندازهگیری دقیق جریان میتوان عدالت بیشتری در بین مصرف کنندگان برقرار نمود.
-بسیاری از مناقشات در میان مصرف کنندگان به واسطه اندازهگیری جریان از میان خواهد رفت.
-امکان تحویل حجمی آب به مزارع فراهم شده و فروش آب به قیمت واقعی را میسر میسازد.
-نیازی به روشهای اندازهگیری دبی نظیر مولینه که روشی وقتگیر است نخواهد بود.
-میتوان از میزان هدرروی و نشت آب در طول کانال آگاه شد.
-امکان اجرای سیستمهای کنترلی در شبکههای آبیاری فراهم میگردد.
به طور کلی ابزار اندازهگیری دبی را میتوان به دو دسته تقسیم نمود:
دسته اول که تنها ارتفاع آب را اندازهگیری میکنند و بر اساس ارتفاع آب، دبی عبوری را تخمین میزنند. این روشها به روشهای دبی-اشل معروف میباشند مانند اندازهگیری دبی بوسیله سرریزها، فلومها، اریفیسها، ونتوریمترها و...
دسته دوم علاوه بر اندازهگیری ارتفاع آب، سرعت آب را نیز اندازهگیری میکنند که به این روشها، روشهای سرعت-سطح میگویند مانند دبی سنجهای التراسونیک.امروز دبی سنجهای التراسونیک به طور وسیعی در اندازهگیری دبی جریان چه در کانالهای باز و چه در کانالهای تحت فشار مورد استفاده قرار میگیرند. با توجه به اهمیت این دبی سنجها و توسعه روزافزون تکنولوژی التراسونیک در اندازهگیری دبی، در این مقاله به معرفی دبی سنجهای داپلری موج پیوسته - Continous Wave Dopplers - پرداخته شده و روش کار، محدودیتها، و مزایای آن مورد بحث و بررسی قرار میگیرد.
مکانیزم کار دبی سنج داپلری
انسان قادر است امواج صوتی از فرکانس 20 Hz تا 20 KHz را بشنود. دستهای از امواج مکانیکی با فرکانس کمتر از 20 هرتز را اینفراسونیک - فرو صوت - و دستهای از امواج مکانیکی که فرکانس نوسانشان بیش از محدوده شنوایی انسان - 20KHz - باشد امواج اولتراسونیک - فراصوت - گفته میشود. این امواج بدلیل خواصی که دارند کابردهای متنوع و بعضا جالبی دارند.
امواج فراصوتی - اولتراسونیک - < 20000Hz < امواج صوتی < 20Hz < فروصوتی
روش اندازهگیری در دبی سنجهای داپلری بر اساس پدیدهایست بنام اثر داپلر که عبارتست از تغییر در فرکانس امواج ارسالی به یک جسم در حال حرکت. برای درک بهتر مکانیزم کارکرد دستگاههای داپلری به مثال زیر توجه کنید. فرض کنید که جای آرامی نشستهاید که ناگهان آرامش شما با صدای آژیر آمبولانسی که در حال نزدیک شدن است، بهم می خورد. همچنانکه آمبولانس نزدیک می شود، صدای آژیر آن زیرتر میشود - بسامد یا فرکانس آن بالا میرود - ، تا به جلوی شما میرسد. سپس در حالیکه آمبولانس دور می شود، صدای آژیر آن بمتر به گوش شما میرسد - فرکانس آن پایین میآید - . با این حال شما میدانید که میزان صدای آژیر آمبولانس در تمام این مدت ثابت بوده است پس چه اتفاقی افتاده است؟ اثر داپلر برای اولین بار به صورت علمی بوسیله یوهان کریستین داپلر در سال 1842 توصیف شد و چند سال بعد در تجربیاتی که بر روی قطارهای درحال حرکت انجام شد، اثبات گردید.
این اثر، تفاوت ادراکشدهای را توصیف میکند که میان فرکانسی که در آن یک موج منبعش را ترک میکند و فرکانسی که در آن به ناظر میرسد، در نتیجه حرکت ناظر یا منبع به وجود می آید - شکل . - 1فرکانس مقیاسی است که برمبنای فاصله میان قله یک موج با قله موج بعدی است. هر چه این فاصله نزدیکتر باشد، فرکانس بالاتر است. اگر منبع موج به سوی ناظر درحرکت باشد - یا برعکس ناظر به سوی منبع حرکت کند - فاصله میان قله موجها در رابطه با ناظر کوچکتر و کوچکتر خواهد شد، چرا که هر قله موج پیش از رسیدن به گوش ناظر فاصله کمتری را باید بپیماید - ناظر 1 در شکل . - 1 بر عکس اگر منبع و ناظر از یکدیگر دور شوند، هر قله موج پیشرونده باید فاصله بیشتری را بپیمایند تا به گوش ناظر برسد - ناظر 2 در شکل . - 1به این ترتیب در مورد آژیر آمبولانس در حال نزدیک شدن به شما، ابتدا فرکانس صدا بالا میرود و بعد در هنگام دور شدن آمبولانس فرکانس صدا پایین میآید. اثر داپلر بر این واقعیت تاکید میکند که تجربه بسیاری از پدیدهها به نقطه ارجاع فرد بستگی دارد.
صدای آژیر در ارجاع به شما دچار بالا و پایینرفتن فرکانس میشود. اما برای راننده آمبولانس، فرکانس صدا ثابت باقی میماند. در مقابل اگر شما روی میزتان آژیری میداشتید، به طرز مشابهی فرکانس صدای آن برای راننده بالا و پایین میرفت. البته اثر داپلر تنها برای امواج صوتی رخ نمیدهد. در مورد امواج نور هم پدیدههای جابجایی به سوی قرمز - redshift - و جابجایی به سوی آبی - blueshift - به علت همین تفاوت ادراکشده در فرکانسها است.اصول کار دبی سنجهای داپلری نیز بر همین اساس است. سنسورهای دبی سنج داپلری معمولا دارای یک فرستنده و گیرنده امواج میباشند. یک موج صوتی با فرکانس بالا به جریان آب فرستاده شده و بازتابش آن پس از برخورد با ذرات معلق و حبابهای موجود در آب دریافت میگردد. تفاوت بین فرکانس امواج فرستاده شده و امواج دریافت شده متناسب است با سرعت حرکت ذرات معلق و حبابهای موجود در آب - شکل . - 2
