Zaman farkı yöntemi – ultrasonik debimetrenin çalışma prensibi
Uçuş-zamanı-teknolojisinin önemli bir parçası olan ultrasonik gaz akışı ölçüm teknolojisiultrasonik debimetrenin çalışma prensibi, ultrasonik dalgaların bir gaz ortamının akış aşağı ve yukarı akış yönlerinde yayılması için gereken süredeki farkı ölçerek, ses kanalı ve eksen tarafından oluşturulan düzlem boyunca eksenel ortalama hız Vz'yi hesaplar.
Ultrasonik dalgaların aşağı ve yukarı yönde hareket etme süreleri farklıdır. Aşağı akış süresi ve geri dönüş süresi:
Boru içi ortamın ses hızı üzerindeki etkisi dikkate alınmaksızın, alan-ortalama akış hızı denklemi şöyledir:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2,4)
Aşağı akış ultrasonik dalga geçiş süresi tD ve yukarı akış ultrasonik dalga geçiş süresi tU ölçülerek, yukarı akış ve aşağı akış ultrasonik dalga geçiş süreleri arasındaki zaman farkı hesaplanabilir:
Δt=tU - tD (2,5)
Geçiş-zaman yöntemini kullanarak, bir akustik yol boyunca alan-ortalama akış hızı ölçülebilir. Farklı akustik yolların hız dağılımına dayalı olarak, ilgili algoritmalar tüm kesit boyunca ortalama akış hızını hesaplamak için kullanılabilir. Bu akış hızı aynı zamanda toplu-ortalamalı akış hızı V olarak da adlandırılır.
Yukarı akış ve aşağı akış ultrasonik dalga geçiş süreleri arasındaki zaman farkını ölçen ve boru içindeki sıvının ortalama akış hızını (toplu hız) V hesaplayan bu akış ölçüm yöntemine, geçiş-zamanlı ultrasonik akış ölçüm yöntemi adı verilir. Boruların içindeki sıvının hacimsel akış hızını ölçmek için geçiş-zamanlı ultrasonik akış ölçüm yöntemini kullanan akış ölçerlere, geçiş-zamanlı ultrasonik akış ölçerler adı verilir.
Geçiş-zamanlı ultrasonik akış ölçer tarafından ölçülen yol-ortalama akış hızı ile boru içindeki toplu-ortalama akış hızı arasındaki ilişki şöyledir:
K=V / Vs (2,6)
K'ya hız düzeltme faktörü denir. Hız düzeltme faktörü, akış ölçerin ölçüm bölümü aracılığıyla hız dağılım profili matematik modelinden türetilir.
Borunun içindeki gaz akış koşullarına bağlı olarak hız düzeltme faktörü elde edilebilir. Denklemler (2.4) ve (2.6)'dan, boru içindeki toplu-ortalama gaz akış hızı elde edilebilir:
V=KV (2,7)
Denklem (2.7) aracılığıyla hacimsel akış hızına dönüştürme:
qv=AV (2.8)
Burada A, borunun-kesit alanıdır.
Hacimsel akış hızı için basınç ve sıcaklık dengelemesinden sonra kütlesel akış hızı elde edilebilir:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2,9)
Z, gaz sıkıştırılabilirlik faktörüdür; P0 ve P sırasıyla standart koşullar ve gerçek koşullar altındaki basınç parametreleridir; T0 ve T sırasıyla standart koşullar ve gerçek koşullar altındaki sıcaklık değerleridir; ρ0 standart koşullar altında gaz ortamının yoğunluğudur.
Akış hızı elde edildikten sonra belirli bir çaptaki bir borunun belirli bir zaman dilimindeki akış hızı hesaplanabilir. 1 saat içinde borudan geçen akış hızı F:
F=(3,6 × 10³ × π × V × D²) / 4=3.6 × 10³ × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2,10)
