Μέθοδος διαφοράς χρόνου - αρχή λειτουργίας μετρητή ροής υπερήχων
Τεχνολογία μέτρησης ροής αερίων με υπερήχους χρόνου-από-πτήσης, η οποία αποτελεί βασικό μέρος τηςαρχή λειτουργίας του μετρητή ροής υπερήχων, υπολογίζει την αξονική μέση ταχύτητα Vz κατά μήκος του επιπέδου που σχηματίζεται από το ηχητικό κανάλι και τον άξονα μετρώντας τη διαφορά στο χρόνο που απαιτείται για τη διάδοση των κυμάτων υπερήχων στην κατάντη και ανάντη κατεύθυνση ενός αερίου μέσου.
Ο χρόνος που απαιτείται για τα υπερηχητικά κύματα να ταξιδέψουν στην κατάντη και στην ανάντη κατεύθυνση είναι διαφορετικός. Ο χρόνος κατάντη και ο χρόνος αντιστροφής είναι:
Χωρίς να ληφθεί υπόψη η επίδραση του εσωτερικού περιβάλλοντος του σωλήνα στην ταχύτητα του ήχου, η εξίσωση της μέσης ταχύτητας ροής της περιοχής-είναι:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2.4)
Μετρώντας τον χρόνο μετάβασης υπερήχων tD και ανάντη χρόνου διέλευσης κυμάτων υπερήχων tU, μπορεί να υπολογιστεί η χρονική διαφορά μεταξύ των χρόνων διέλευσης υπερηχητικών κυμάτων ανάντη και κατάντη:
Δt=tU - tD (2,5)
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο διέλευσης-χρόνου, μπορεί να μετρηθεί η περιοχή-μέση ταχύτητα ροής κατά μήκος μιας ακουστικής διαδρομής. Με βάση την κατανομή ταχύτητας διαφορετικών ακουστικών μονοπατιών, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντίστοιχοι αλγόριθμοι για τον υπολογισμό της μέσης ταχύτητας ροής σε ολόκληρη τη διατομή-. Αυτή η ταχύτητα ροής ονομάζεται επίσης χύδην-μέση ταχύτητα ροής V.
Με τη μέτρηση της χρονικής διαφοράς μεταξύ των χρόνων διέλευσης υπερηχητικών κυμάτων ανάντη και κατάντη και υπολογίζοντας τη μέση ταχύτητα ροής (ταχύτητα όγκου) V του ρευστού μέσα στο σωλήνα, αυτή η μέθοδος μέτρησης ροής ονομάζεται μέθοδος μέτρησης ροής υπερήχων διέλευσης-χρόνου. Οι μετρητές ροής που χρησιμοποιούν τη μέθοδο μέτρησης ροής διέλευσης-χρόνου υπερήχων για τη μέτρηση του ογκομετρικού ρυθμού ροής του ρευστού μέσα στους σωλήνες ονομάζονται μετρητές ροής διέλευσης-χρόνου υπερήχων.
Η σχέση μεταξύ της διαδρομής-μέσης ταχύτητας ροής που μετράται από το μετρητή ροής υπερήχων διέλευσης-χρόνου και της μαζικής-μέσης ταχύτητας ροής εντός του σωλήνα είναι:
K=V / Vs (2,6)
Όπου Κ ονομάζεται συντελεστής διόρθωσης ταχύτητας. Ο συντελεστής διόρθωσης ταχύτητας προέρχεται από ένα μαθηματικό μοντέλο προφίλ κατανομής ταχύτητας μέσω του τμήματος μέτρησης του μετρητή ροής.
Με βάση τις συνθήκες ροής αερίου στο εσωτερικό του σωλήνα, μπορεί να εξαχθεί ο συντελεστής διόρθωσης ταχύτητας. Από τις εξισώσεις (2.4) και (2.6), μπορεί να ληφθεί η χύδην-μέση ταχύτητα ροής αερίου εντός του σωλήνα:
V=KV (2,7)
Μετατροπή σε ογκομετρικό ρυθμό ροής μέσω της εξίσωσης (2.7):
qv=AV (2.8)
Όπου A είναι η-διατομή του σωλήνα.
Μετά την αντιστάθμιση πίεσης και θερμοκρασίας για τον ογκομετρικό ρυθμό ροής, ο ρυθμός ροής μάζας μπορεί να ληφθεί:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2,9)
Όπου Z είναι ο συντελεστής συμπιεστότητας αερίου. Τα P0 και P είναι οι παράμετροι πίεσης υπό τυπικές και πραγματικές συνθήκες αντίστοιχα. T0 και T είναι οι τιμές θερμοκρασίας υπό τυπικές συνθήκες και πραγματικές συνθήκες αντίστοιχα. ρ0 είναι η πυκνότητα του αερίου μέσου υπό τυπικές συνθήκες.
Αφού ληφθεί η ταχύτητα ροής, μπορεί να υπολογιστεί ο ρυθμός ροής μέσω ενός σωλήνα ορισμένης διαμέτρου μέσα σε μια δεδομένη χρονική περίοδο. Ο ρυθμός ροής F μέσω του σωλήνα εντός 1 ώρας είναι:
F=(3,6 × 10³ × π × V × D²) / 4=3.6 × 10³ × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2,10)
