Ultradźwiękowy przepływomierz gazu -co to jest przepływomierz ultradźwiękowyurządzeniami najczęściej stosowanymi w gazociągach - jest przepływomierz instalowany na rurociągu transportującym przepływający gaz i mierzący przepływ gazu na zasadzie ultradźwięków. Jedno-kanałowy ultradźwiękowy przepływomierz gazu to urządzenie wyposażone tylko w jeden kanał; wielo-kanałowy ultradźwiękowy przepływomierz gazu ma dwa lub więcej kanałów. Podstawową zasadą ultradźwiękowego przepływomierza gazu do pomiaru prędkości przepływu jest obliczenie podstawowych parametrów płynu gazowego, takich jak prędkość, natężenie przepływu i gęstość, poprzez pomiar czasu propagacji fal ultradźwiękowych w ośrodku gazowym.
Analiza zasady działania ultradźwiękowego pomiaru przepływu gazu-z różnicą czasu
Metoda-różnicy czasu w ultradźwiękowym pomiarze przepływu gazu -, zasada często przywoływana wDefinicja przepływomierza ultradźwiękowego- określa średnią prędkość gazu wzdłuż kanału dźwiękowego, wykorzystując różnicę czasu propagacji między dwoma sygnałami ultradźwiękowymi rozchodzącymi się w tym samym i przeciwnym kierunku. Kiedy ultradźwięki rozchodzą się w przepływającym ośrodku gazowym, jego prędkość zmienia się wraz z prędkością gazu. W szczególności prędkość propagacji ultradźwięków zmienia się w tym samym kierunku, co prędkość gazu: gdy prędkość gazu wzrasta, wzrasta również prędkość ultradźwięków rozchodzących się w tym samym kierunku; i odwrotnie, jeśli prędkość gazu wzrośnie w kierunku przeciwnym do propagacji ultradźwięków, prędkość ultradźwięków odpowiednio się zmniejszy.
Podstawowa struktura ultradźwiękowego czujnika przepływu w rurze
Jak pokazano na rysunku 2.1 -, jest to typoweSchemat ideowy przepływomierza ultradźwiękowego- dwa przetworniki ultradźwiękowe (zwane sondami lub przetwornikami) zdolne zarówno do wysyłania, jak i odbierania impulsów ultradźwiękowych są osadzone po jednej lub obu stronach rury. Rzeczywista droga sygnału ultradźwiękowego pomiędzy dwoma przetwornikami nazywana jest kanałem dźwiękowym, zatem para przetworników tworzy jeden kanał dźwiękowy. Przetworniki są oddzielone od płynnego medium dźwiękochłonną-przezroczystą membraną lub częścią ściany kanału akustycznego. W jednym-kanaleprzepływomierz ultradźwiękowy, falowód pomiędzy dwoma przetwornikami ultradźwiękowymi przecina oś urządzenia.
Jak pokazano na rysunku 2.1, średnica rury wynosi D, a długość linii prostej- pomiędzy powierzchniami końcowymi dwóch przetworników A i B osadzonych po obu stronach rury to długość kanału L (zwana także ścieżką dźwiękową L). Jej związek ze średnicą D jest następujący:
We wzorze: Φ jest kątem nachylenia kanału dźwiękowego, czyli kątem pomiędzy kanałem dźwiękowym a osią rury. Kąt nachylenia kanału dźwiękowego jest jednocześnie kątem padania fali ultradźwiękowej.
Kąt padania - często omawiany wStruktura przepływomierza ultradźwiękowegojak i wSchemat blokowy przepływomierza ultradźwiękowegoNa - wpływa zarówno prędkość dźwięku w płynie, jak i prędkość dźwięku w klinie akustycznym i materiale ścianki rury. Jednakże zmiana prędkości dźwięku wraz z temperaturą jest na ogół mniejsza w przypadku materiałów stałych niż w przypadku materiałów gazowych. Gdy zmiana temperatury jest niewielka, wpływ klina akustycznego i materiału ścianki rury na dokładność pomiaru można pominąć; jednakże, gdy zakres zmian temperatury jest duży, należy wprowadzić poprawki ze względu na znaczące zmiany prędkości dźwięku w materiale klina akustycznego i ściany rury.
Przetwornik o kącie padania 30 stopni ma wysoką transmitancję, niskie straty energii i niskie napięcie wzbudzenia, dzięki czemu nadaje się do stosowania w ręcznych przepływomierzach ultradźwiękowych, gdzie zasilanie prądem przemiennym jest niewygodne. Przetwornik o kącie padania 45 stopni ma niższą transmitancję, ale rozmiar kryształu przetwornika można zwiększyć, aby podnieść napięcie wzbudzenia, dzięki czemu nadaje się do stacjonarnych przepływomierzy ultradźwiękowych lub tych, które mogą wykorzystywać zasilanie prądem zmiennym.
