در این نوع فلومتر، یک المان حرارتی بر روی جدار لوله نصب می شود که باعث انتشار حرارت در داخل لوله می شود. نحوه انتشار و سرعت انتشار حرارت در محیط داخل لوله، به شدت وابسته به پارامترهایی از قبیل جنس لوله، نوع سیال، سرعت حرکت سیال و … دارد، این الگوی انتشار از روابط پیچیده ای پیروی می کند. با استفاده از قراردادن سنسورهای حرارتی مناسب در مکان های خاص از لوله، می توان الگوی انتشار را تعقیب کرد و از روی الگوی انتشار، طبق روابط پیچیده ای، فلوی سیال را محاسبه نمود. شکل زیر شمای کلی این نوع فلومتر را نشان می دهد. این نوع فلومتر، نیاز به نصب تجهیزات مکانیکی خاص در مسیر عبور سیال ندارد و تک جهته نیز نمی باشد ولی بزرگترین معایب آن، پیچیدگی روش و وابستگی آن با پارامترهای محیطی و نوع سیال است.
در این نوع فلومتر، توسط دو سیم پیچ خاص که در دو طرف لوله قرار می گیرند، یک میدان مغناطیسی در محیط داخل لوله و بین دو سیم پیچ ایجاد می گردد. با قراردادن دو الکترود حلقوی در درون لوله و برسر راه عبور سیال، یک اختلاف پتانسیل در دوسر الکترودها ایجاد می گرددکه نشانی از عبور ذرات مغناطیسی موجود در درون سیال می باشد و طبق قانون القای فارادی ایجاد می گردد. اختلاف پتانسیل ایجاد شده با سرعت عبور ذرات و در نتیجه سرعت عبور سیال رابطه دارد. با اندازه گیری این اختلاف پتانسیل و با استفاده از روابط حاکم بر سیستم، می توان فلوی سیال را محاسبه نمود.مهمترین معایب روش شامل موارد ذیل هستند:
1- احتیاج به نصب تجهیزات خاص در درون لوله و سه راه عبور سیال،
2- نویز پذیری بالا(حساسیت در مقابل نویزهای القایی، …)
این فلومتر شامل دو فرستنده پرتو لیزر و دو آشکار ساز پرتو لیزر می باشد. پرتو لیزر تابیده شده توسط فرستنده ها در برخورد با ذرات معلق موجود در سیال پراکنده شده و توسط آشکارساز، این پراکندگی تشخیص داده می شود.
در واقع با عبور یک ذره معلق، ابتدا آشکارساز اولی عبور این ذره را تشخیص می دهد و سپس آشکار ساز دومی پساز یک مدت زمانی، عبور آن را تشخیص می دهد. اختلاف زمان بین تشخیص دو آشکارساز، متناسب با سرعت حرکت ذره و در واقع سرعت حرکت سیال است. با اندازه گیری این زمان می توان سرعت و فلوی سیال را محاسبه نمود. این روش نیز از دقت خوبی برخوردار است و نیاز به نصب تجهیزات در مسیر حرکت سیال ندارد ولی مکان تعبیه فرستنده و آشکارسازها بایستی دارای شرایط خاصی بوده و تمهیدات خاصی باید برای آن اتخاذ گردد.
فلومتر آلتراسونیک:
به طور کلی شارسنج های گوناگون را از نظر انرژی به دو گروه کلی افزایشی و کاهشی می توان تقسیم کرد. شارسنج های فراصوت در گروه افزایشی قرار می گیرند، زیرا برای اندازه گیری شار انرژی فراصوت را به سیال در حال عبور اضافه میکنند. شارسنج های فراصوت خود به دو نوع جابجایی دوپلر و زمان انتقال تقسیم می گردند و هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. هر گاه منبع صادر کننده یک موج نسبت به یک ناظر که در حال اندازه گیری آن است در حال حرکت باشد فرکانس مشاهده شده توسط ناظر متفاوت از مقدار، فرکانس اصلی خود منبع موج خواهد بود. بدین ترتیب که اگر منبع در حال دور شدن باشد ناظر فرکانس کمتری را نسبت به مقدار اصلی خواهد دید. بالعکس اگر منبع در حال نزدیک شدن باشد، فرکانس بیشتر از مقدار اصلی به نظر خواهد رسید. این پدیده به اثر دوپلر یا جابجایی دوپلر معروف است. بر همین اساس هر گاه موجی را به متحرکی بتابانیم و موج منعکسه از آن را بررسی کنیم، خواهیم دید که بین فرکانس موج اصلی و منعکسه تفاوتی وجود دارد که با سرعت متحرک متناسب است. انواع زمان های انتقالی شارسنج های فراصوت بر مبنای قاعده ساده سرعت نسبی موج در سیال متحرک نسبت به لوله کار می کنند. در این گونه سیستم ها یک تپ موج به داخل سیال ارسال می شود و با اندازه گیری زمان سپری شده تا دریافت کننده می توان به سرعت سیال پی برد. هر دو تکنیک جابجایی فرکانس و زمان انتقال امروزه در ساخت فلومترهای آلتراسونیک به کار می رود و انتخاب یکی از این دو تکنیک کار دشواری است.
در سیستم مورد پیشنهاد سرعت حرکت سیال به روش مرکبی از اندازه گیری زمان انتقال و میزان جابجایی دوپلر در فرکانس یک موج فراصوت تعیین می گردد. یک مبدل پیزو الکتریک به عنوان فرستنده/گیرنده امواج فراصوت، امواج را با زاویه تعیین شده به درون لوله می تاباند. در طرف دیگر دو مبدل قرار دارند که یکی فرستنده/گیرنده و دیگری فقط گیرنده است (شمای کلی سیستم در دیاگرام بلوکی بخش بعد آمده است). مبدل گیرنده به منظور آشکار سازی جابجایی فرکانسی استفاده می گردد و مبدل فرستنده/گیرنده به منظور آشکارسازی زمان انتقال بکار می رود. در واقع بین دو مبدل فرستنده/گیرنده که در دو طرف لوله قرار می گیرند یک رابطه دو طرفه برقرار می گردد تا زمان انتقال بدست آمده از دو طرف به همراه اختلاف فرکانسی بدست آمده از مبدل گیرنده، برای افزایش دقت محاسبه مورد استفاده قرار گیرند. لازم به ذکر است دیاگرام بلوکی ارائه شده برای سادگی تنها یک مجموعه از مبدل ها را نشان می دهد، در حالیکه به منظور افزایش دقت محاسبات از 3 مجموعه مبدل که هر مجموعه مطابق شرح فوق می باشد در سیستم استفاده می گردد.
طراحی و ساخت فلومتر آلتراسونیک
یکی از نیاز های ضروری در امر تولید فرآورده های نفتی از مرحله استخراج تا انتقال، پالایش و توزیع، آگاهی به میزان نفت یا گاز جابجا شده است. طبیعتا مساله اندازه گیری شار سیال عبور کننده از لوله ها در این زمینه اهمیت بسزایی دارد. برای سنجش میزان شار عبوری روش های متفاوتی وجود دارند که هر کدام شرایط مخصوص به خود (شامل ویژگی های ماده، درحه حرارت، حداقل و حد اکثر دبی سیال) را دارا می باشند. با توجه به اینکه شرکت ملی گاز و شرکت ملی نفت ایران یکی از بزرگترین مصرف کننده های فلومترها (شارسنج ها) می باشند که هر ساله هزینه ارزی بسیار زیادی را صرف خرید و نصب این تجهیزات می نماید، لذا این پیشنهاد به منظور بومی سازی دانش فنی ساخت شارسنج های آلتراسونیک با تکیه بر دانش فنی موجود در زمینه ساخت انواع سیستم های نظامی و صنعتی مدرن آلتراسونیکی ارائه می گردد. سرمایه گذاری بر روی موضوع فوق علاوه بر جلوگیری از خروج ارز از کشور، سود قابل توجهی را در مرحله تولید این سیستم عاید کشور می گرداند .