Метод разницы во времени – принцип работы ультразвукового расходомера
Технология ультразвукового измерения расхода газа--полёта, которая является ключевой частьюПринцип работы ультразвукового расходомера, рассчитывает среднюю осевую скорость Vz вдоль плоскости, образованной звуковым каналом и осью, путем измерения разницы во времени, необходимого для распространения ультразвуковых волн в направлении вниз и вверх по потоку газовой среды.
Время, необходимое ультразвуковым волнам для распространения в нисходящем и восходящем направлениях, различно. Время нисходящего потока и время разворота равно:
Без учета влияния внутренней среды трубы на скорость звука уравнение-средней по площади скорости потока имеет следующий вид:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2.4)
Измерив время прохождения ультразвуковой волны вниз по потоку tD и время прохождения ультразвуковой волны вверх по потоку tU, можно рассчитать разницу во времени между временем прохождения ультразвуковой волны вверх и вниз по потоку:
Δt=tU - tD (2.5)
Используя метод-времени прохождения, можно измерить-среднюю по площади скорость потока вдоль одного акустического пути. На основе распределения скоростей различных акустических путей можно использовать соответствующие алгоритмы для расчета средней скорости потока по всему поперечному-сечению. Эту скорость потока также называют объемной -средней скоростью потока V.
Измеряя разницу во времени между временем прохождения ультразвуковых волн вверх и вниз по потоку и вычисляя среднюю скорость потока (объемную скорость) V жидкости внутри трубы, этот метод измерения расхода называется методом ультразвукового измерения расхода по времени прохождения. Расходомеры, в которых используется метод ультразвукового измерения расхода по -времени прохождения для измерения объемного расхода жидкости внутри труб, называются ультразвуковыми расходомерами по времени прохождения-времени.
Взаимосвязь между-средней скоростью потока по маршруту, измеренной ультразвуковым расходомером-времени прохождения, и средней-средней скоростью потока внутри трубы:
К=В/Вс (2,6)
Где K называется поправочным коэффициентом скорости. Поправочный коэффициент скорости выводится из математической модели профиля распределения скорости через измерительную секцию расходомера.
На основе условий потока газа внутри трубы можно определить поправочный коэффициент скорости. Из уравнений (2.4) и (2.6) можно получить объемную-среднюю скорость потока газа внутри трубы:
В=КВ (2,7)
Преобразование в объемный расход с помощью уравнения (2.7):
qv=AV (2.8)
Где A — площадь поперечного-сечения трубы.
После компенсации давления и температуры объемного расхода можно получить массовый расход:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2.9)
Где Z – коэффициент сжимаемости газа; P0 и P – параметры давления при стандартных и фактических условиях соответственно; Т0 и Т – значения температуры при стандартных и фактических условиях соответственно; ρ0 — плотность газовой среды при стандартных условиях.
После получения скорости потока можно рассчитать расход через трубу определенного диаметра за заданный период времени. Расход F через трубу за 1 час равен:
F=(3,6 × 10³ × π × V × D²) / 4=3.6 × 10³ × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2.10)
