Metoda różnicy czasu – zasada działania przepływomierza ultradźwiękowego
Technologia ultradźwiękowego pomiaru przepływu gazu--lotu, która jest kluczowym elementemZasada działania przepływomierza ultradźwiękowego, oblicza osiową średnią prędkość Vz wzdłuż płaszczyzny utworzonej przez kanał dźwiękowy i oś, mierząc różnicę w czasie wymaganym do propagacji fal ultradźwiękowych w kierunku dolnym i górnym ośrodka gazowego.
Czas potrzebny falom ultradźwiękowym na podróż w kierunku dolnym i górnym jest różny. Czas downstream i czas odwrócenia wynoszą:
Bez uwzględnienia wpływu środowiska wewnętrznego rury na prędkość dźwięku, równanie-powierzchniowo średniej prędkości przepływu wygląda następująco:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2,4)
Mierząc czas przejścia fali ultradźwiękowej w górę tD i czas przejścia fali ultradźwiękowej w górę tU, można obliczyć różnicę czasu między czasami przejścia fali ultradźwiękowej w górę i w dół:
Δt=tU - tD (2,5)
Stosując metodę-czasu przejścia, można zmierzyć-obszarową średnią prędkość przepływu wzdłuż jednej ścieżki akustycznej. Na podstawie rozkładu prędkości różnych ścieżek akustycznych można zastosować odpowiednie algorytmy do obliczenia średniej prędkości przepływu w całym- przekroju poprzecznym. Ta prędkość przepływu nazywana jest także-masową średnią prędkością przepływu V.
Mierząc różnicę czasu między czasem przejścia fali ultradźwiękowej przed i za nią oraz obliczając średnią prędkość przepływu (prędkość objętościową) V płynu wewnątrz rury, tę metodę pomiaru przepływu nazywa się metodą ultradźwiękowego pomiaru przepływu-czasu przejścia. Przepływomierze wykorzystujące metodę ultradźwiękowego pomiaru przepływu-czasu przejścia do pomiaru objętościowego natężenia przepływu płynu w rurach nazywane są przepływomierzami ultradźwiękowymi-czasu przejścia.
Zależność pomiędzy-średnią prędkością przepływu na ścieżce mierzoną przez ultradźwiękowy przepływomierz-czasu przejścia a średnią-masową prędkością przepływu wewnątrz rury jest następująca:
K.=V / Vs (2,6)
Gdzie K nazywa się współczynnikiem korekcji prędkości. Współczynnik korekcji prędkości wyprowadza się z modelu matematycznego profilu rozkładu prędkości w części pomiarowej przepływomierza.
Na podstawie warunków przepływu gazu wewnątrz rury można wyznaczyć współczynnik korekcji prędkości. Z równań (2.4) i (2.6) można otrzymać-masową średnią prędkość przepływu gazu wewnątrz rury:
V=KV (2,7)
Przeliczenie na objętościowe natężenie przepływu poprzez równanie (2.7):
qv=AV (2.8)
Gdzie A to pole-przekroju rury.
Po kompensacji ciśnienia i temperatury dla objętościowego natężenia przepływu można otrzymać masowe natężenie przepływu:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2,9)
Gdzie Z jest współczynnikiem ściśliwości gazu; P0 i P to parametry ciśnienia odpowiednio w warunkach standardowych i rzeczywistych; T0 i T są wartościami temperatur odpowiednio w warunkach standardowych i rzeczywistych; ρ0 to gęstość ośrodka gazowego w warunkach standardowych.
Po wyznaczeniu prędkości przepływu można obliczyć natężenie przepływu przez rurę o określonej średnicy w zadanym okresie czasu. Natężenie przepływu F przez rurę w ciągu 1 godziny wynosi:
F=(3,6 × 103 × π × V × D²) / 4=3.6 × 103 × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2,10)
