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O que é ultrassom?
O som descreve as ondas mecânicas ou acústicas, que se expandem exclusivamente em meios elásticos. Conseqüentemente, as ondas sonoras requerem gases, líquidos ou sólidos para se propagar. As ondas sonoras diferem significativamente das ondas eletromagnéticas, que também passam pelo vácuo sem nenhum problema. A propagação das ondas sonoras pode ser transversal ou longitudinal, dependendo do meio e da cobertura, que por sua vez desempenha um papel em vários procedimentos de teste. Basicamente, o som é dividido em quatro classes diferentes. A classificação depende da frequência, sendo a faixa de frequência mais evidente entre 16 Hz e 20 kHz. Nessa faixa de frequência está o som audível, ou seja, aquelas ondas sonoras que podem ser percebidas pelo ouvido humano. As vibrações abaixo de 16 Hz são denominadas infra-som, as vibrações acima de 20 kHz são denominadas ultra-som. O infra-som e o ultra-som não são audíveis para os humanos. O mesmo se aplica ao som hipersônico, que se propaga em frequência superiores a 1 GHz.
Um medidor de vazão ultrassônico usa ondas ultra-sônicas para determinar sem contato a velocidade de vazão de um líquido. Se um meio flui através de um sistema de tubulações, é possível instalar um caudalímetro em linha, ou seja, separar o sistema de tubulações e integrar um caudalímetro no sistema de tubulações para medir a velocidade do fluxo. Alternativamente, a velocidade do fluxo no sistema de tubulações também pode ser medida exteriormente utilizando um medidor de vazão ultrassônico para enviar ondas sonoras do exterior através do meio. Ao usar este método, dois sensores ultra-sônicos, que atuam como transmissor e receptor, são fixados a uma distância definida entre si em um tubo que transporta o meio. O ultrassom é emitido no meio em um ângulo obliquo e acelera ou desacelera dependendo da velocidade do meio. Dessa forma, a velocidade do meio no sistema de tubulações pode ser determinada através do método de diferença de tempo de trânsito. Assim, em combinação com a área da seção transversal da tubulação, também é possível determinar a vazão. Nisso, um medidor de vazão ultrassônico consta de dois componentes essenciais: o sistema de sensores ultra-sônicos, que é montado no sistema de tubulações, e a unidade de avaliação, que converte os sinais em valores de medição reais.
O medidor de vazão ultrassônico determina a velocidade do fluxo em um meio por meio da medição da diferença de tempo de trânsito. São montados dois sensores ultra-sônicos na tubulação com um líquido que flui através dela a uma distância previamente calculada. Esses sensores atuam como transmissores e receptores. Os sensores são conectados acusticamente à superfície da canalização por meio de um gel de acoplamento e emitem as ondas sonoras no meio em em um ângulo definido. As ondas sonoras aceleram na direção do fluxo e desaceleram no sentido contrário da direção do fluxo. Medindo estas diferenças de tempo, o medidor de vazão ultrassônico determina a velocidade do caudal, desde que a velocidade específica do som do meio seja conhecida.
Um medidor de vazão ultrassônico pode ser usado para medir qualquer meio líquido e homogêneo com um baixo teor de sólidos. Isso inclui água, óleo, álcool, etc. A temperatura do meio pode estar entre -30° C e + 160 °C, dependendo da tecnologia de sensor selecionada. Tanto gases como líquidos com conteúdo sólido, meios viscosos ou pastas não podem ser medidos com um medidor de vazão ultrassônico. Devido à falta de homogeneidade desses meios, as ondas ultra-sônicas são dispersadas e refratadas pelas partículas e pelos componentes sólidos a tal ponto que a força do sinal diminui consideravelmente e não é possível alcançar resultados de medição precisos.
Um medidor de vazão ultrassônico permite realizar medições de forma móvel, rápida e flexível. Móvel, pois pode ser utilizado independentemente da localização, graças ao seu tamanho compacto e a alimentação por acumulador. Rápido, porque depois da configuração do caudalímetro e da instalação dos sensores no sistema de tubulações, a medição pode ser iniciada imediatamente. Flexível, porque é possível instalar os diferentes tipos de sensores do medidor de vazão ultrassônico em tubulações de diferentes diâmetros e diferentes tipos de material, e ao mesmo tempo, pode medir uma ampla gama de meios dentro de uma ampla faixa de temperatura. Outra vantagem é que neste método de medição não influenciam algumas propriedades que possa ter o meio, como a condutividade, que é um requisito obrigatório para outros métodos de medição.
Outra vantagem é a medição indireta por ultrassom. Não há contato direto entre o meio e o dispositivo de medição, como no caso dos caudalímetros em linha. Por um lado, isso significa que o fluxo no sistema de tubulações não é perturbado, nem há necessidade de interromper o processo. Ao mesmo tempo, é possível realizar medições higienicamente limpas sem risco de contaminação no sistema de tubulações, causadas por influências externas.
Outra vantagem é que, dependendo do modelo, é possível medir vários parâmetros importantes com um medidor de vazão ultrassônico. Além da medição de velocidade, também pode medir o caudal, a soma total do caudal, a saída de calor ou a potência térmica e a quantidade térmica.
A calibração de um medidor de vazão ultrassônico geralmente é feita comparando valores de medição com os de outro dispositivo confiável. Em um novo método patenteado apenas em 2020, os medidores de vazãos ultrassônicos que usam um método de diferença de tempo de trânsito são calibrados alterando a distância entre os sensores conforme o esperado. Esta mudança na posição dos sensores, como o movimento de um meio que flui, permite avaliar as diferenças de tempo de trânsito são calibrados alterando a distância entre os sensores, como o movimento de um meio que flui, permite avaliar as diferenças de tempo de trânsito nos sinais acústicos gerados pelo medidor de vazão ultrassônico. Como apenas o tempo e a distância são medidos neste método, o medidor de vazão ultrassônico pode ser calibrado com muita precisão para o método de diferença de tempo de trânsito, completamente independente do meio de fluxo e da geometria da tubulação.
Em seu laboratório de metrologia a PCE Intruments utiliza um estande de calibração de fluxo, no qual a água é bombeada através de um sistema fechado de tubulação de cobre durante a calibração. O fluxo pode ser controlado por meio de válvulas e modificando a velocidade da bomba no painel de controle da mesma. As calibrações de um ponto são realizadas atualmente enquanto o sistema está bombeando com uma pressão fixa de cerca de 4 bar. As quatro seções de medição são dispostas uma sobre a outra na forma de longas seções horizontais. O medidor de vazão de referência é instalado no tubo superior. Os sensores do medidor de vazão ultrassônico a serem calibrados são fixados em um dos três tubos inferiores, prendendo-os com tiras de velcro.
As dimensões dos tubos de cobre são 28,0 x 1,0 mm para os dois tubos superiores, 54,0 x 1,5 mm para o terceiro a partir do topo e 88,9 x 2,0 mm para o inferior.
Um medidor de vazão indutivo magnético foi integrado na instalação como um dispositivo de referência ou padrão que é fácil de operar. Durante a medição, um campo magnético de intensidade constante é gerado no tubo de medição do medidor de vazão de referência. O campo magnético induz uma voltagem na água condutora que flui, cujo nível é proporcional à taxa de fluxo. Essa tensão é medida, a partir da qual a velocidade do fluxo é determinada e é indicada em metros por segundo. O valor de medição indicado pelo medidor de vazão ultrassônico a ser calibrado é comparado com este valor. Claro, a comparação direta dos valores de medição só funciona se ambos os pontos de medição tiverem a mesma seção transversal da tubulação e as mesmas condições de fluxo. Assim, no estande de calibração de fluxo da PCE Instruments, se o medidor de vazão ultrassônico for calibrado no tubo de seção transversal de 28,0 x 1,0 mm, ele pode ser comparado diretamente com o valor do medidor de vazão de referência indutivo magnético. Para as outras duas seções transversais, o valor nominal corrigido da velocidade do fluxo pode ser lido em um dispositivo de avaliação separado.
Ao determinar a velocidade do fluxo com sensores ultrassônico, a velocidade sônica do meio fluido desempenha um papel decisivo. No entanto, a velocidade sônica depende não apenas da composição do material, mas também de sua temperatura. Portanto, é sempre necessário levar em consideração a temperatura do meio ao determinar a vazão com o medidor de vazão ultrassônico. A unidade de avaliação localizada no suporte de calibração do fluxo, logo acima dos tubos de calibração, indica a velocidade do fluxo e também a temperatura da água por meio de um sensor integrado no tubo. Além disso, também são registrados os valores atuais de temperatura e umidade do ar.
O certificado de calibração de fábrica do medidor de vazão ultrassônico lista as condições ambientais, o dispositivo de calibração, as condições de medição e o(s) resultado(s) da comparação do valor nominal e real. Se o valor real exibido pelo medidor de vazão ultrassônico desviar do valor nominal (ponto de ajuste) do dispositivo de referência em mais do que o especificado no dispositivo.
O medidor de vazão ultrassônico também pode ser usado para determinar calor quando os sensores adicionais são usados para determinar a temperatura do meio antes e depois da emissão de calor. Para medições pontuais, os dispositivos móveis são particularmente adequados, que são rápidos e fáceis de montar e desmontar e, além disso, não causam vazamentos na tubulação. O medidor de vazão ultrassônico pode medir a vazão sem interferência no sistema de tubulação e sem contato direto com o meio de transferência de calor ou frio. Especialmente práticos são os dispositivos que incluem medição de temperatura, nos quais sensores ultrassônicos e sensores de temperatura são fixados com velcro.
Este conjunto de medidores térmicos ultrassônicos móveis geralmente inclui três componentes: o medidor de vazão ultrassônico, um registrador de dados de temperatura de dois canais e software para avaliar os dados. O medidor de vazão ultrassônico determina a velocidade do fluxo. A partir dessa velocidade de fluxo e da seção transversal da tubulação inserida anteriormente, determina o volume que flui através da tubulação. 
O registrador de dados de temperatura registra as temperaturas no fluxo e retorno do sistema de tubulação. Para isso, um sensor de contato de temperatura é fixado na parte externa da tubulação de ida outro no tubo de retorno. Os dados de medição e cálculoº dos dois dispositivos podem ser armazenados ou transferidos para um computador durante a medição.
O software de avaliação, especialmente adaptado para este equipamento, calcula a potência calorífica em kW ou kJ/h e a quantidade de calor em kJ ou kWh durante o período de medição a partir dos dados transmitidos sobre o fluxo volumétrico e a diferença de temperatura entre o fornecimento e tubos de retorno. Ele permite a visualização imediata dos dados registrados e calculados em formato tabular e gráfico, o que permite a avaliação direta das medições no local com um laptop. Se a avaliação imediata no ponto de medição não for possível, os dados de medição armazenados no medidor de vazão ultrassônico e no registrador de dados de temperatura podem ser transferidos e avaliados posteriormente no escritório.
O medidor de vazão ultrassônico para determinar a quantidade de calor permite medições rápidas e fáceis no campo da tecnologia de climatização e na indústria, seja para medições de verificação pontual em diferentes locais ou para monitoramento contínuo de sistemas de aquecimento ou refrigeração. Como os sensores não entram em contato com o meio de transferência de calor durante a medição, o medidor de vazão ultrassônico pode ser usado sem problemas em ambientes adversos, mas também em áreas com altas exigências de higiene, como na indústria farmacêutica e na produção de alimentos. O processo de medição do exterior também é frequentemente preferido, uma vez que não é necessário parar nenhum processo para a medição e porque o comportamento do fluxo do fluido não é influenciado pelos sensores nos pontos de medição.
A precisão da medição dos medidores de vazão e termômetros ultrassônicos pode ser verificada regularmente em um laboratório de metrologia especialmente adequado, tarefa e confirmada por um certificado de calibração ISSO. Para isso, o laboratório de metrologia deve estar equipado com um suporte de calibração de fluxo adequado.
Todos os dias vemos exemplos em que a propagação do som audível depende do material com o qual ele colide. No caso do ultrassom, a velocidade do som também depende do meio excitado pelas ondas sonoras. No entanto, não apenas influenciam nas ondas sonoras o tipo e meio e sua densidade, mas também a temperatura, a pressão, as bolhas de gás e as substâncias sólidas. Entre as limitações a serem consideradas ao utilizar um fluxímetro ultrassônico para determinar a velocidade e o volume incluem:
O medidor de vazão ultrassônico pode utilizar diferentes princípios de medição. Entre eles, tem prevalecido o método da diferença de tempo de trânsito e, para algumas aplicações, o método de medição duplo. Para o método do tempo de trânsito, o meio deve ser o mais puro possível e livre de bolhas de gás para que o ultrassom emitido penetre na seção transversal de medição sem desvio. 
Por outro, com o método de medição dupla requer uma pequena proporção de impurezas, já que com este método é registrada e avaliada a proporção do ultrassom emitido que reflete nas partículas. Ao usar um medidor de vazão ultrassônico que utiliza esse método, lembre-se que as mudanças de temperatura, densidade e pressão do meio afetam o resultado da medição. Para fazer medições precisas, essas variáveis devem ser mantidas constantes ou registradas e levadas em conta separadamente.
Com ambos os métodos se determina a velocidade de fluxo medindo em um estreito trajeto o sinal sonoro. Para medir um perfil de fluxo representativo é importante instalar o medidor de vazão ultrassônico em um lugar onde o fluxo seja o mais uniforme possível. No manual de instruções é especificado o comprimento que devem ter os trechos de fluxo, com meios que fluam sem perturbações das tubulações de ida e retorno, assim como as mesmas devem estar completamente cheias. Quando não for possível acessar seções onde o meio flui sem perturbações, ou ao medir em tubulações parcialmente cheios e canais abertos, deve-se medir em diferentes pontos para definir o perfil de fluxo.
A faixa de medição de velocidade do fluxo de um medidor de vazão ultrassônico geralmente é limitada, tanto acima quanto abaixo. É essencial levar em conta as velocidades de fluxo que podem ocorrer para medir corretamente os fluxos altos e baixos. Os depósitos na área do ponto de medição também influenciam o resultado da medição. Portanto, devido as numerosas vantagens deste princípio de medição, novos tipos de dispositivos estão sendo continuamente desenvolvidos que são utilizados cada vez mais para estes tipos de aplicações.
O medidor de vazão ultrassônico é cada vez mais utilizado em setores técnicos, pois medem sem afetar o comportamento do fluxo e podem ser otimizados pra diferentes aplicações. O usuário pode escolher entre uma ampla variedade de modelos para uso móvel ou instalação fixa. Requisitos higiênicos mais elevados podem ser atendidos tanto no caso de dispositivos instalados em linha quanto em dispositivos onde o sensor não tem contato direto com o meio de fluxo. A possibilidade de medição externa permite registrar a velocidade do fluxo em sistemas de tubulação existentes sem problemas e sem a necessidade de cortar a tubulação. Existem medidor de vazão ultrassônicos aprovados para realizar medições legais, como para faturar o consumo de água, outros líquidos, gases, vapor ou ar comprimido ou mesmo hidrogênio.
Tecnologia médica e de laboratório
Na medicina e na análise de líquidos e gases, o medidor de vazão ultrassônico é usado para controlar com precisão baixas taxas de fluxo. Seja em cuidados intensivos, durante operações, em diálises ou na análise de gases respiratórios, sensores especiais foram desenvolvidos para controlar as taxas de fluxo. Eles são colocados nos tubos usuais e medem o fluxo do lado de fora com grande precisão.
Indústria farmacêutica e biotecnologia
Na produção de medicamentos e na biotecnologia, uma alta pureza das substâncias e o cumprimento exato dos fluxos esperados também são essenciais. 
O medidor de vazão ultrassônico pode ser usado tanto para dosar componentes líquidos conforme necessário quanto para controlar processos de limpeza específicos.
Produção de semicondutores
Na produção de semicondutores, são feiras exigências especiais ao ambiente de fabricação, pois o menor corpo estranho pode inutilizar os componentes. Vários líquidos abrasivos, adesivos ou corrosivos de alta pureza são usados no processo de fabricação. Para garantir que os diferentes processos sejam realizados com segurança e eficiência, o fluxo das substancias pode ser controlado por meio de um medidor de vazão ultrassônico de forma continua e não intrusiva.
Indústria química e petroquímica
Na indústria química e petroquímica, o medidor de vazão ultrassônico permite a medição segura de substâncias agressivas ou tóxicas. Seja para controle de processo, dosagem de aditivo ou monitoramento contínuo de linha, o medidor de vazão ultrassônico é adequado para uma ampla variedade de tarefas. Temos modelos com proteção ATEX para áreas potencialmente explosivas.
Petróleo, gás, aquecimento urbano, refrigeração
No campo do fornecimento de energia térmica, o medidor de vazão ultrassônico não é adequado apenas para transferência de custódia ou medição interna de consumo contínuo. Também pode ser usado para medições de verificação pontual em sistemas existentes. Por exemplo, é adequado para auditorias energéticas, para a coordenação de componentes de componentes do sistema e para otimização de processos. Mas a inspeção de medidores de consumo de instalação fixa também pode ser realizada com um medidor de vazão ultrassônico adequado.
Gestão de água e esgoto
Para medição de consumo em redes de abastecimento de água potável, existem medidor de vazão ultrassônicos calibrados para medição em linha, que não requerem seção adicional de entrada ou saída. O valor do consumo acumulado não é apenas exibido, mas também pode ser lido wireless. Isso evita ter que descer ao porão para a leitura. Além disso, os dados de medição destes contadores de água podem ser utilizados para detectar fugas na instalação doméstica ou para limitar a localização e extensão das fugas em caso de avaria na rede de água potável. Estes medidores digitais não precisam mais ser substituídos a cada 6 anos, como os antigo medidores mecânicos, mas somente após 15 anos. Portanto, um medidor de vazão ultrassônico oferece vantagens consideráveis como medidor de água tanto para o fornecedor quanto para o cliente final. Existem também medidor de vazão ultrassônicos especiais para águas residuais e para controlar o nível e o fluxo dos rios, por exemplo, durante chuvas torrenciais.
O medidor de vazão ultrassônico também é adequado para monitorar fluxos muito pequenos na produção farmacêutica, biotecnologia, fabricação de semicondutores e tecnologia médico. Uma distinção deve ser feita entre os sistemas de abraçadeira (clamp-on) e os sistemas online (inline). Enquanto os sensores de um medidor de vazão ultrassônico clamp-on são colocados na parte externa do tubo e não tem contato direto com o meio, em sistemas online são diretamente molhados pelo fluido.
O medidor de vazão ultrassônico de alta precisão especialmente projetado para pequenos volumes de fluxo é usado na medicina, por exemplo, em
Na indústria, esses dispositivos podem ser usados, entre outras coisas, para controlar a mistura de ingredientes e a dosagem de soluções de limpeza e água de resfriamento do processo, de acordo com critérios especificados. O medidor de vazão ultrassônicos para pequenos fluxos estão sendo cada vez mais integrados aos fluxos de processo em muitas indústrias, incluindo:
Como na área médica, mas também em muitas aplicações industriais. É muito importante controlar com precisão pequenas vazões, o medidor de vazão ultrassônico usado lá é equipado com interfaces. Os valores medidos são transferidos diretamente para o controlador de processo por meio dessas interfaces. Se necessário, bombas ou válvulas podem ser controladas automaticamente. Alguns dispositivos combinam sensores para detecção de bolhas de ar para que bolhas indesejadas possam ser detectadas e relatadas automaticamente. As bolhas de ar são absolutamente indesejáveis, não apenas na maioria das transferências de líquidos em aplicações médicas, mas também em muitas aplicações de líquidos de baixa dosagem na indústria. Por exemplo, uma bolsa de ar em um fotorresistência pode inutilizar os componentes revestidos, e bolsas de ar na água de resfriamento podem causar interrupções no processo.
