Ένας μετρητής ροής αερίου υπερήχων -τι είναι ο μετρητής ροής υπερήχωνΟι συσκευές που χρησιμοποιούνται πιο συχνά σε αγωγούς αερίου - είναι ένας μετρητής ροής εγκατεστημένος σε αγωγό που μεταφέρει ρέον αέριο και μετράει τη ροή αερίου χρησιμοποιώντας την αρχή των υπερήχων. Ένας-μετρητής ροής αερίου υπερήχων ενός καναλιού είναι μια συσκευή εξοπλισμένη με ένα μόνο κανάλι. ένας μετρητής ροής αερίου υπερήχων πολλαπλών καναλιών έχει δύο ή περισσότερα κανάλια. Η βασική αρχή του μετρητή ροής αερίου υπερήχων για τη μέτρηση της ταχύτητας ροής είναι ο υπολογισμός των βασικών παραμέτρων του αερίου ρευστού, όπως η ταχύτητα, ο ρυθμός ροής και η πυκνότητα, μετρώντας το χρόνο διάδοσης των κυμάτων υπερήχων στο αέριο μέσο.
Ανάλυση της αρχής λειτουργίας της χρονικής-διαφοράς μέτρησης ροής αερίου υπερήχων
Η μέθοδος της διαφοράς χρόνου για τη μέτρηση της ροής αερίου με υπερήχους - μια αρχή που αναφέρεται συχνά στοΟρισμός του μετρητή ροής υπερήχωνΤο - καθορίζει τη μέση ταχύτητα αερίου κατά μήκος του καναλιού ήχου χρησιμοποιώντας τη διαφορά χρόνου διάδοσης μεταξύ δύο σημάτων υπερήχων που διαδίδονται στην ίδια κατεύθυνση και στην αντίθετη κατεύθυνση. Όταν ο υπέρηχος διαδίδεται σε ένα ρέον αέριο μέσο, η ταχύτητά του αλλάζει με την ταχύτητα του αερίου. Συγκεκριμένα, η ταχύτητα διάδοσης του υπερήχου αλλάζει προς την ίδια κατεύθυνση με την ταχύτητα του αερίου: όταν αυξάνεται η ταχύτητα του αερίου, αυξάνεται και η ταχύτητα του υπερήχου που διαδίδεται προς την ίδια κατεύθυνση. Αντίθετα, εάν η ταχύτητα του αερίου αυξηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση από τη διάδοση του υπερήχου, η ταχύτητα του υπερήχου θα μειωθεί ανάλογα.
Βασική δομή του αισθητήρα ροής σωλήνων υπερήχων
Όπως φαίνεται στο σχήμα 2.1 - ένα τυπικόΣχηματικό διάγραμμα ροόμετρου υπερήχων- δύο μορφοτροπείς υπερήχων (αναφέρονται ως ανιχνευτές ή μορφοτροπείς) ικανοί να μεταδίδουν και να λαμβάνουν παλμούς υπερήχων είναι ενσωματωμένοι στη μία ή και στις δύο πλευρές του σωλήνα. Η πραγματική διαδρομή του σήματος υπερήχων μεταξύ των δύο μορφοτροπέων ονομάζεται κανάλι ήχου, επομένως ένα ζεύγος μορφοτροπέων αποτελεί ένα κανάλι ήχου. Οι μετατροπείς διαχωρίζονται από το υγρό μέσο με μια ηχητική-διαφανή μεμβράνη ή ένα τμήμα τοιχώματος ακουστικού αγωγού. Σε ένα μόνο-κανάλιμετρητής ροής υπερήχων, ο κυματοδηγός μεταξύ των δύο μορφοτροπέων υπερήχων τέμνει τον άξονα του εξοπλισμού.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.1, η διάμετρος του σωλήνα είναι D και το μήκος ευθείας-γραμμής μεταξύ των ακραίων όψεων των δύο μορφοτροπέων Α και Β που είναι ενσωματωμένοι και στις δύο πλευρές του σωλήνα είναι το μήκος καναλιού L (ονομάζεται επίσης διαδρομή ήχου L). Η σχέση του με τη διάμετρο D είναι η εξής:
Στον τύπο: Φ είναι η γωνία κλίσης του καναλιού ήχου, που είναι η γωνία μεταξύ του καναλιού ήχου και του άξονα του σωλήνα. Η γωνία κλίσης του καναλιού ήχου είναι επίσης η γωνία πρόσπτωσης του κύματος υπερήχων.
Η γωνία πρόσπτωσης - συζητείται συχνά στοΔομή ροόμετρου υπερήχωνκαθώς και στοΜπλοκ διάγραμμα του μετρητή ροής υπερήχωνΤο - επηρεάζεται τόσο από την ταχύτητα του ήχου στο ρευστό όσο και από την ταχύτητα του ήχου στο υλικό ακουστικής σφήνας και τοιχώματος σωλήνα. Ωστόσο, η μεταβολή της ταχύτητας του ήχου με τη θερμοκρασία είναι γενικά μικρότερη για τα στερεά υλικά από ότι για τα αέρια υλικά. Όταν η αλλαγή θερμοκρασίας είναι μικρή, η επίδραση της ακουστικής σφήνας και του υλικού του τοιχώματος του σωλήνα στην ακρίβεια μέτρησης μπορεί να αγνοηθεί. Ωστόσο, όταν το εύρος αλλαγής θερμοκρασίας είναι μεγάλο, πρέπει να γίνουν διορθώσεις για τις σημαντικές αλλαγές στην ταχύτητα του ήχου στην ακουστική σφήνα και το υλικό του τοιχώματος του σωλήνα.
Ένας μορφοτροπέας με γωνία πρόσπτωσης 30 μοιρών έχει υψηλή μετάδοση, χαμηλή απώλεια ενέργειας και χαμηλή τάση διέγερσης, καθιστώντας τον κατάλληλο για φορητούς μετρητές υπερήχων όπου η τροφοδοσία AC δεν είναι βολική. Ένας μορφοτροπέας με γωνία πρόσπτωσης 45 μοιρών έχει χαμηλότερη μετάδοση, αλλά το μέγεθος του κρυστάλλου του μορφοτροπέα μπορεί να αυξηθεί για να αυξήσει την τάση διέγερσης, καθιστώντας τον κατάλληλο για σταθερούς μετρητές υπερήχων ή για αυτούς που μπορούν να χρησιμοποιούν τροφοδοσία AC.
