ในบรรดาเครื่องมือวัดการไหลจำนวนมาก เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิก ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องจากข้อดีของพวกมัน เช่น การวัดแบบไม่สัมผัส ไม่มีการสูญเสียแรงดัน และการติดตั้งที่สะดวกสบาย การวัดที่มีความแม่นยำสูงของพวกมันขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายของสัญญาณคลื่นเสียงความถี่สูงที่เสถียรและมีประสิทธิภาพในของไหล อย่างไรก็ตาม เมื่อมีฟองอากาศที่ดูเหมือนไม่มีนัยสำคัญปะปนเข้าไปในของไหล ฟองอากาศเหล่านี้อาจก่อให้เกิดการรบกวนที่ซับซ้อนและมีนัยสำคัญต่อกระบวนการวัดที่แม่นยำนี้ จนกลายเป็น "สิ่งรบกวนที่มองไม่เห็น" ในการวัดได้เลยทีเดียว

I. รากฐานทางกายภาพของการรบกวนจากฟองอากาศ: การเปลี่ยนแปลงอย่างมากในความต้านทานเสียง

คลื่นอัลตราโซนิกโดยพื้นฐานแล้วเป็นคลื่นกล ซึ่งลักษณะการแพร่กระจายของมันในตัวกลางจะสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความหนาแน่นและความเร็วเสียงของตัวกลางนั้น ของเหลว (เช่น น้ำ) และก๊าซ (เช่น อากาศ) มีความแตกต่างอย่างมากทั้งในด้านความหนาแน่นและความเร็วเสียง ส่งผลให้ "ความต้านทานอะคูสติก" ของทั้งสองชนิดแตกต่างกันอย่างมาก เมื่อสัญญาณอัลตราโซนิกเดินทางผ่านของเหลวและพบฟองอากาศ ปรากฏการณ์ทางกายภาพหลักสามประการจะเกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อระหว่างก๊าซและของเหลวนี้:

การสะท้อนและการกระเจิงอย่างรุนแรง: พลังงานคลื่นอัลตราโซนิกส่วนใหญ่ไม่สามารถทะลุผ่านฟองอากาศได้ แต่จะถูกสะท้อนจากพื้นผิวของฟองหรือกระจายออกไปในทิศทางต่างๆ สิ่งนี้นำไปสู่การลดทอนพลังงานสัญญาณอย่างมาก ซึ่งอาจเดินทางผ่านของเหลวไปถึงตัวแปลงสัญญาณรับที่อีกฝั่งหนึ่งได้ยากขึ้น

**การเปลี่ยนแปลงเส้นทางและทิศทางความเร็วเสียง:** ฟองอากาศทำให้เส้นทางการแพร่กระจายเดิมที่ชัดเจนของคลื่นอัลตราโซนิกภายในท่อเปลี่ยนไป คลื่นเสียงอาจเลี่ยงผ่านฟองอากาศ ส่งผลให้เส้นทางการแพร่กระจายจริงยาวขึ้น หรืออาจหักเหที่ผิวของฟองอากาศ ทำให้ทิศทางการแพร่กระจายเปลี่ยนไป สิ่งนี้ส่งผลกระทบโดยตรงต่อหลักการพื้นฐานของการวัดด้วยเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิก ซึ่งคือการคำนวณเวลาการแพร่กระจายหรือการเปลี่ยนแปลงความถี่อย่างแม่นยำ

**การบิดเบือนท้องถิ่นของความเร็วเสียง:** คลื่นอัลตราซาวด์เคลื่อนที่ช้ากว่าในก๊าซมากเมื่อเทียบกับในของเหลว เมื่อคลื่นเสียงผ่านกลุ่มฟองอากาศ ความเร็วเสียงเฉลี่ยโดยรวมจะลดลง แบบจำลองการคำนวณสำหรับเครื่องวัดอัตราการไหลมักจะสมมติค่าความเร็วเสียงคงที่สำหรับของเหลวบริสุทธิ์ จึงทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการคำนวณ

**II. ข้อผิดพลาดเฉพาะในการวัดที่เกิดจากฟองอากาศ:** กลไกทางกายภาพข้างต้นส่งผลโดยตรงต่อปัญหาการวัดที่สังเกตได้ดังต่อไปนี้:

**การเสื่อมสภาพของคุณภาพสัญญาณและการหยุดชะงักในการวัด:** นี่คือการแสดงออกที่ชัดเจนที่สุด แอมพลิจูด (ความเข้ม) ของสัญญาณที่ปลายทางรับลดลงอย่างมาก เมื่อสัญญาณอ่อนลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่เครื่องมือกำหนดไว้ภายใน จะทำให้ไม่สามารถตรวจจับสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้อาจส่งผลให้ค่าที่วัดได้ผันผวนอย่างรุนแรง หรือแม้แต่กระตุ้นให้เกิดการเตือนภัยแบบลูกโซ่หรือการหยุดชะงักในการวัด โดยที่เครื่องมือจะไม่แสดงค่าใดๆ เลย

การเบี่ยงเบนเชิงระบบในความแม่นยำของการวัด:

สำหรับเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกชนิดเวลาเดินทาง การคำนวณขึ้นอยู่กับความแตกต่างของเวลาในการแพร่กระจายคลื่นอัลตราโซนิกในทิศทางการไหลไปข้างหน้าและทิศทางย้อนกลับ การเปลี่ยนแปลงเส้นทางเสียงโดยฟองอากาศและการมีอิทธิพลเฉพาะท้องถิ่นต่อความเร็วเสียงอาจรบกวนค่าเวลาทั้งสองนี้อย่างไม่สมมาตร ส่งผลให้เกิดการเบี่ยงเบนเชิงบวกหรือเชิงลบอย่างเป็นระบบในการคำนวณความเร็วการไหลและอัตราการไหล

สำหรับเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราซาวด์ดอปเปลอร์ สัญญาณจะถูกสะท้อนกลับโดยอนุภาคแขวนลอยหรือฟองอากาศในของเหลว ฟองอากาศขนาดเล็กจำนวนน้อยที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการทำงานปกติ อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณฟองอากาศสูงเกินไป ขนาดใหญ่เกินไป หรือการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ สัญญาณที่กระเจิงจะกลายเป็นสัญญาณที่ไม่เป็นระเบียบ ส่งผลให้การวัดมีความผิดพลาดได้เช่นกัน

การผันผวนรุนแรงในเส้นโค้งอัตราการไหล: ปกติแล้วเนื้อหา ขนาด และการกระจายตัวของฟองอากาศในของไหลจะมีลักษณะสุ่มและเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ทำให้สัญญาณอัลตราโซนิกถูกแทรกแซงด้วยปัจจัยที่แตกต่างกันในแต่ละช่วงเวลา สิ่งนี้สะท้อนออกมาในผลลัพธ์เป็นการผันผวนที่ไม่สม่ำเสมอและมีขนาดใหญ่ในค่าอัตราการไหลชั่วขณะ ซึ่งทำให้ไม่สามารถใช้เป็นพื้นฐานที่เสถียรและเชื่อถือได้สำหรับการควบคุมกระบวนการได้

III. มาตรการตอบโต้และแนวทางแก้ไข

เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากฟองอากาศ จำเป็นต้องใช้แนวทางสองด้าน คือ การป้องกันและการรักษา

ปรับปรุงการออกแบบการติดตั้งและท่อ: ติดตั้งเครื่องวัดการไหลหลังจุดสูงสุดในระบบท่อเพื่อป้องกันการสะสมของฟองอากาศ ตรวจสอบให้มั่นใจว่ามีช่วงท่อตรงเพียงพอทั้งด้านหน้าและด้านหลังเครื่องวัดการไหล เพื่อส่งเสริมความเสถียรของการไหล การติดตั้งอุปกรณ์กำจัดฟองอากาศหรือวาล์วระบายอากาศไว้เหนือเครื่องวัดการไหลถือเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการขจัดฟองอากาศออกอย่างมีประสิทธิผล

ปรับแต่งเทคโนโลยีและค่าตั้งค่าของเครื่องมือให้เหมาะสม: เลือกเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกที่มีความสามารถในการประมวลผลสัญญาณที่ดีกว่าและกำลังส่งสูงกว่า เครื่องมือระดับไฮเอนด์รุ่นใหม่มักมาพร้อมฟังก์ชันแสดงคุณภาพสัญญาณ ซึ่งสามารถตรวจสอบความแรงของสัญญาณได้แบบเรียลไทม์ และช่วยตรวจจับปัญหาสัญญาณรบกวนจากฟองอากาศ การปรับค่า gain (การขยายสัญญาณ) ของเครื่องมืออย่างเหมาะสมบางครั้งอาจช่วยชดเชยการลดทอนสัญญาณได้ในระดับหนึ่ง

โดยสรุป แม้ว่าฟองอากาศจะมีขนาดเล็ก แต่ก็อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อเครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกที่ทำงานบนหลักการของคลื่นเสียง การทำความเข้าใจกลไกการรบกวนของฟองอากาศ และดำเนินมาตรการป้องกันและแก้ไขเชิงรุกในการออกแบบระบบ การติดตั้ง และการบำรุงรักษา ถือเป็นกุญแจสำคัญในการประกันว่า เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิก ยังสามารถให้ข้อมูลการวัดที่แม่นยำและเสถียรภายใต้สภาพการทำงานที่ซับซ้อนได้