Metoda vremenske razlike – princip rada ultrazvučnog mjerača protoka
Ultrazvučna tehnologija mjerenja--vremena leta, koja je ključni dioprincip rada ultrazvučnog mjerača protoka, izračunava aksijalnu prosječnu brzinu Vz duž ravnine koju tvore zvučni kanal i os mjerenjem razlike u vremenu potrebnom za širenje ultrazvučnih valova u nizvodnom i uzvodnom smjeru plinovitog medija.
Vrijeme potrebno ultrazvučnim valovima za putovanje u nizvodnom i uzvodnom smjeru je različito. Vrijeme nizvodno i vrijeme obrata je:
Bez razmatranja utjecaja unutarnjeg okruženja cijevi na brzinu zvuka, jednadžba-prosječne brzine protoka površine je:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2.4)
Mjerenjem vremena prolaza ultrazvučnog vala nizvodno tD i vremena prolaza ultrazvučnog vala uzvodno tU, može se izračunati vremenska razlika između vremena prolaza ultrazvučnog vala uzvodno i nizvodno:
Δt=tU - tD (2.5)
Korištenjem metode tranzitnog-vremena može se izmjeriti-prosječna brzina protoka područja duž jednog akustičnog puta. Na temelju raspodjele brzine različitih akustičkih putanja, odgovarajući algoritmi mogu se koristiti za izračunavanje prosječne brzine protoka kroz cijeli-presjek. Ova brzina protoka također se naziva skupna-prosječna brzina protoka V.
Mjerenjem vremenske razlike između vremena prolaza ultrazvučnog vala uzvodno i nizvodno i izračunavanjem prosječne brzine protoka (brzine protoka) V tekućine unutar cijevi, ova metoda mjerenja protoka naziva se ultrazvučna metoda mjerenja protoka vremena-tranzita. Mjerači protoka koji koriste ultrazvučnu metodu mjerenja protoka-vremena za mjerenje volumetrijske brzine protoka tekućine unutar cijevi nazivaju se ultrazvučni mjerači protoka-vremena.
Odnos između-prosječne brzine protoka na putu izmjerene ultrazvučnim mjeračem protoka-vremena i ukupne-prosječne brzine protoka unutar cijevi je:
K=V / Vs (2,6)
Gdje se K naziva faktor korekcije brzine. Faktor korekcije brzine izveden je iz matematičkog modela profila distribucije brzine kroz mjerni dio mjerača protoka.
Na temelju uvjeta protoka plina unutar cijevi može se izvesti faktor korekcije brzine. Iz jednadžbi (2.4) i (2.6) može se dobiti prosječna-brzina protoka plina unutar cijevi:
V=KV (2,7)
Pretvaranje u volumetrijsku brzinu protoka kroz jednadžbu (2.7):
qv=AV (2.8)
Gdje je A površina poprečnog-presjeka cijevi.
Nakon kompenzacije tlaka i temperature za volumenski protok, maseni protok može se dobiti:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2.9)
Gdje je Z faktor stlačivosti plina; P0 i P su parametri tlaka u standardnim i stvarnim uvjetima; T0 i T su vrijednosti temperature u standardnim i stvarnim uvjetima; ρ0 je gustoća plinovitog medija u standardnim uvjetima.
Nakon dobivanja brzine protoka, može se izračunati protok kroz cijev određenog promjera u zadanom vremenskom razdoblju. Brzina protoka F kroz cijev unutar 1 sata je:
F=(3,6 × 10³ × π × V × D²) / 4=3.6 × 10³ × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2,10)
