Ultrasonic transit time flow meter

Ultrasonic flow meter adalah flow meter yang dalam pengukurannya berdasarkan pada velocity dari fluid baik liquid maupun gas dengan menggunakan prisip kerja dari ultrasound.

Ultrasonic flow meter (UFM) merupakan meter jenis inferensial (mengukur secara tidak langsung) yang menentukan kecepatan alir cairan (liquid flow rate) dengan mengukur waktu transit pulsa suara frekuensi tinggi (high-frequency sound pulses) yang melintasi pipa aliran.

Ultrasonic transit time flow meter menggunakan transduser akustik (acustic transducer) yang dapat mengirim dan menerima pulsa akustik frekwensi tinggi. Transduser akustik ditempatkan pada kedua sisi pipa sedemikian hingga pulsa akustik bergerak melintasi pipa dalam arah diagonal.

Metode ultrasonic transit time flow meter didasarkan pada pengukuran selisih waktu transmisi pulsa akustik yang melintas pipa pada dua arah yang berlawanan. Sistem pengukurannya didasarkan pada kejadian dimana pulsa akustik yang melintasi pipa secara diagonal pada aliran searah membutuhkan waktu lebih cepat dibandingkan dengan pulsa akustik yang bergerak pada arah yang berlawanan dengan aliran. Perbedaan waktu antara kedua pulsa akustik tersebut sebanding dengan kecepatan alir rata-rata sepanjang lintasan pulsa akustik. dimana waktu tersebut didasrkan pada perhitungan sbb :

tA>B = L/(c + V Cos q)

Sedangkan pulsa akustik yang melintasi pipa dengan arah berlawanan dari arah aliran membutuhkan waktu:

TB>A = L/(c – V Cos q)

dimana :

   L :  panjang lintasan pulsa akustik

   c :  kecepatan suara dalam cairan ( tergantung pada jenis fluida )

   q :  sudut antara lintasan pulsa dan sumbu pipa

   V :   kecepatan rata-rata cairan dalam pipa.

Dari kedua persamaan di atas, diperoleh flow rater rata-rata fluida menjadi:

V = (L/2cosq) x (TB>A – TA>B )/( TB>A x TA>B)

Ultrasonic flow meter ada juga yang menggunakan  jumlah transduser lebih dari 1 pasang, hal ini biasanya digunakan untuk mendapatkan jumlah lintasan yang banyak sehingga diperoleh lebih banyak informasi mengenai distribusi kecepatan aliran fluida pada pipa (flow profile) dengan tujuan meningkatkan akurasi ultrasonic flow meter.

Pengukuran flow rate dengan menggunakan metoda ultrasonic flow meter melibatkan beberapa bagian peralatan sesuai dengan fungsi dan tujuan seperti alat pengirim (transmitter) dan penerima (receiver) untuk frekuensi akustik. Pada elemen pengirim, transducer berfungsi mengubah tegangan listrik frekuensi tinggi menjadi getaran kristal (akustik).  Sedangakan pada elemen penerima, transducer mengubah getaran kristal (akustik) menjadi sinyal listrik. 

Berdasarkan metode installasi Ultrasonic Flow Meter dapat digolongkan ke dalam dua jenis yaitu :

1.  Clamped-on  dimana  instalasinya ditempatkan di luar pipa
2.  Inline  dimana Instalasinya ditempatkan bersatu dengan pipa menggunakan flanges
3.  Insertion dimana metode ini hampir sama dengan model inline

Keunggulan dari Ultrasonic Flow Meter :

1.  Tidak ada penghalang di lintasan aliran, sehingga tidak ada pressure drop.
2. Tidak ada part bergerak (moving parts), sehingga tidak ada bagian parts yang aus yang menyebabkan maintenance cost rendah.
3. Model multi sensor mempunyai ketelitian lebih tinggi 
4. Dapat digunakan untuk mengukur flow fluida yang korosif dan slurry.
5. Tersedia Model portable yang cocok untuk di bawah kemana mana untuk analisa dan diagnosa di lapangan.
6. Untuk model clamp on jika diaplikasikan pada ukuran pipa yang besar diatas 10 inchi akan lebih ekonomis dibandingkan dengan jenis flowmeter lainnya.

Kelemahan :

1. Biaya pengadaan awal : tinggi
2. Model single path (one-beam) tidak sesuai untuk pengukuran kecepatan aliran (flow velocity) yang bervariasi di atas range Reynolds numbers.
3. Untuk pengukuran pada ukuran kecil harganya sangat tinggi.