شبيه سازي عملكرد سنسور پيزوالكتريك در كنتور التراسونيك مايع

كارشناسي ارشد

استفاده از جريان¬سنج¬هاي اولتراسونيك در حال گسترش بوده و اكثريت بر اين باورند كه اين نسل از تكنولوژي در هر كاربرد و هر محلي، از دقت بالايي برخوردار بوده و بر انواع ديگر جريان¬سنج¬هاي قديمي ارجحيت دارند. در همين راستا در پژوهش حاضر، عملكرد سنسور پيزوالكتريك در كنتور التراسونيك مايع به صورت عددي بررسي شده است. براي ابزارهاي اندازه¬گيري التراسونيك از هر نوع، ترانسديوسرهاي آكوستيكي معمولاً از مهم¬ترين قسمت¬هاي سيستم مي¬باشند، كه ممكن است به طور قابل ملاحظه¬اي دقت يا قابليت اجراي يك سيستم را تحت تأثير قرار دهند. كار كنوني از طريق نياز به افزايش فهم تئوري و ابزارهاي مدلسازي در ارتباط با شبيه¬سازي مبدل آغاز شده است، به ويژه مبدل¬هاي التراسونيك براي استفاده در فلومترهاي مايع التراسونيك زمان گذر. جهت بررسي تأثير پارامتر¬هاي مختلف بر عملكرد سنسور پيزوالكتريك در فلومتر التراسونيك، پژوهش به صورت عددي انجام شد. در پژوهش عددي، مدلسازي عملكرد سنسور پيزوالكتريك درون كنتور التراسونيك، به سه زير مدل تقسيم شد. قسمت¬هايي كه مبدل¬هاي پيزوالكتريك را مدل مي¬كنند از FEM (متداول) معمول استفاده مي¬كنند، در حالي¬كه انتشار موج اولتراسونيك توسط روش DG مدلسازي مي¬شود. نتايج حاصل از پژوهش عددي براي بررسي تأثير دماي سيالات (آب، نمونه¬هاي نفت خام سبك، سنگين و متوسط) بر روي عملكرد سنسور پيزوالكتريك بهينه، در تطابق با نتايج گزارش شده توسط ديگر پژوهشگران مي¬باشد. در ميان 6 نوع ماده پيزوالكتريك مورد استفاده قرار گرفته در اين پژوهش، پيزوالكتريك با ماده PZT-5H، به¬عنوان پيزوالكتريك بهينه انتخاب شد، دليل انتخاب اين پيزوالكتريك اين مي¬باشد كه ماكزيمم ولتاژ بيشتري نسبت به ساير پيزوالكتريك¬ها در چهار سيال گوناگون (آب، نمونه¬هاي نفت خام سبك، سنگين و متوسط) توليد مي¬كند. سرعت جريان آب شبيه¬سازي شده درون فلومتر توسط مدل k-ε استاندارد، قابل قبول مي¬باشد، زيرا خطاي ايجاد شده (69/5 %) در مقايسه با مقدار اصلي كم مي¬باشد. با بكارگيري 6 نوع ماده مختلف به عنوان لايه تطبيق¬گر امپدانس به صورت جداگانه، نتيجه¬اي كه حاصل شد اين بود كه لايه مچينگ امپدانس از نوع اپوكسي براي سنسور پيزوالكتريك درون آب و نفت خام سنگين مناسب مي¬باشد؛ زيرا 50 درصد قدرت سيگنال¬ها را درون سيالات مذكور افزايش مي¬دهد. همچنين استفاده از پلي¬استر به¬عنوان لايه تطبيق¬گر امپدانس براي مبدل پيزوالكتريك بهينه درون نمونه¬هاي نفت خام سبك و متوسط، به ميزان 60 درصد راندمان سيگنال¬هاي ايجاد شده توسط مبدل را افزايش مي¬دهد. واژه‌هاي كليدي: پيزوالكتريك، لايه تطبيق¬گر، سرعت صوت، كنتور التراسونيك، زمان¬ گذر (انتقال)

191502

دانشگاه علم و صنعت ايران

مدلسازي، شبيه سازي و كنترل فرآيندها

دكتر سيد حسن هاشم آبادي