Метод різниці в часі – принцип роботи ультразвукового витратоміра
Технологія--прольоту ультразвукового вимірювання витрати газу, яка є ключовою частиноюПринцип роботи ультразвукового витратоміра, обчислює осьову середню швидкість Vz уздовж площини, утвореної звуковим каналом і віссю, шляхом вимірювання різниці в часі, необхідному для поширення ультразвукових хвиль у нижньому та верхньому напрямках газового середовища.
Час, необхідний для проходження ультразвукових хвиль у нижньому та верхньому напрямках, різний. Час нижнього потоку та час зворотного ходу дорівнює:
Без урахування впливу внутрішнього середовища труби на швидкість звуку рівняння-середньої швидкості потоку за площею має вигляд:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2.4)
Вимірюючи час проходження ультразвукової хвилі вниз по течії tD і час проходження ультразвукової хвилі вгорі tU, можна розрахувати різницю в часі між часом проходження ультразвукової хвилі вгорі та внизу:
Δt=tU - tD (2.5)
За допомогою методу-часу проходження можна виміряти середню-швидкість потоку вздовж одного акустичного шляху. На основі розподілу швидкостей різних акустичних шляхів можна використовувати відповідні алгоритми для розрахунку середньої швидкості потоку по всьому поперечному-перерізу. Ця швидкість потоку також називається об’ємною-середньою швидкістю потоку V.
Вимірюючи різницю в часі між часом проходження ультразвукової хвилі перед і вниз за течією та обчислюючи середню швидкість потоку (об’ємну швидкість) V рідини всередині труби, цей метод вимірювання потоку називається методом-ультразвукового вимірювання потоку. Витратоміри, які використовують-ультразвуковий метод вимірювання потоку для вимірювання об’ємної швидкості потоку рідини всередині труб, називаються ультразвуковими витратомірами-часу.
Співвідношення між-середньою швидкістю потоку на шляху, виміряною ультразвуковим витратоміром-часу проходження, та об’ємною-середньою швидкістю потоку всередині труби:
K=V / Vs (2,6)
Де K називається коефіцієнтом поправки на швидкість. Коефіцієнт поправки швидкості виводиться з математичної моделі профілю розподілу швидкості через вимірювальну секцію витратоміра.
Виходячи з умов потоку газу всередині труби, можна отримати коефіцієнт корекції швидкості. З рівнянь (2.4) і (2.6) можна отримати об’ємну-середню швидкість потоку газу всередині труби:
V=КВ (2,7)
Перетворення в об’ємну швидкість потоку за допомогою рівняння (2.7):
qv=AV (2,8)
Де A – площа-перерізу труби.
Після компенсації тиску та температури для об’ємної витрати можна отримати масову витрату:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2.9)
Де Z – коефіцієнт стисливості газу; P0 і P – параметри тиску за стандартних умов і фактичних умов відповідно; Т0 і Т - значення температури відповідно за стандартних і фактичних умов; ρ0 – густина газового середовища за стандартних умов.
Після отримання швидкості потоку можна розрахувати швидкість потоку через трубу певного діаметру протягом заданого періоду часу. Швидкість потоку F через трубу за 1 годину становить:
F=(3,6 × 10³ × π × V × D²) / 4=3.6 × 10³ × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2.10)
