Metoda časového rozdílu – princip činnosti ultrazvukového průtokoměru
Ultrazvuková technologie měření průtoku plynu, která je klíčovou součástíprincip fungování ultrazvukového průtokoměru, vypočítá axiální průměrnou rychlost Vz podél roviny tvořené zvukovým kanálem a osou měřením rozdílu v čase potřebném pro šíření ultrazvukových vln ve směru po proudu a proti proudu plynného média.
Doba, za kterou se ultrazvukové vlny pohybují ve směru po proudu a proti proudu, se liší. Čas po proudu a čas zpětného chodu je:
Bez ohledu na vliv vnitřního prostředí potrubí na rychlost zvuku je plošná-rovnice průměrné rychlosti proudění následující:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2,4)
Změřením doby průchodu ultrazvukové vlny tD po proudu a doby průchodu ultrazvukové vlny tU proti proudu lze vypočítat časový rozdíl mezi dobou průchodu ultrazvukové vlny proti proudu a po proudu:
Δt=tU - tD (2,5)
Pomocí metody tranzit-času lze měřit plošnou-průměrnou rychlost proudění podél jedné akustické cesty. Na základě rozložení rychlostí různých akustických cest lze použít odpovídající algoritmy k výpočtu průměrné rychlosti proudění v celém průřezu-. Tato rychlost proudění se také nazývá hromadná-průměrná rychlost proudění V.
Měřením časového rozdílu mezi dobami průchodu ultrazvukových vln proti proudu a po proudu a výpočtem průměrné rychlosti proudění (objemové rychlosti) V tekutiny uvnitř potrubí se tato metoda měření průtoku nazývá metoda měření ultrazvukového průtoku-doby průchodu. Průtokoměry, které k měření objemového průtoku tekutiny uvnitř potrubí používají ultrazvukovou metodu měření průtoku-doby tranzitu, se nazývají ultrazvukové průtokoměry s dobou průchodu-.
Vztah mezi dráhovou-průměrnou rychlostí proudění měřenou ultrazvukovým průtokoměrem-doby průchodu a celkovou-průměrnou rychlostí proudění uvnitř potrubí je:
K=V / Vs (2,6)
Kde K se nazývá korekční faktor rychlosti. Korekční faktor rychlosti je odvozen z matematického modelu profilu rozložení rychlosti v měřicí části průtokoměru.
Na základě podmínek proudění plynu uvnitř potrubí lze odvodit korekční faktor rychlosti. Z rovnic (2.4) a (2.6) lze získat objemovou-průměrnou rychlost proudění plynu uvnitř potrubí:
V=KVs (2,7)
Převod na objemový průtok pomocí rovnice (2.7):
qv=AV (2,8)
Kde A je plocha průřezu- potrubí.
Po tlakové a teplotní kompenzaci objemového průtoku lze získat hmotnostní průtok:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2,9)
Kde Z je faktor stlačitelnosti plynu; P0 a P jsou parametry tlaku za standardních podmínek a skutečných podmínek; T0 a T jsou hodnoty teploty za standardních podmínek, respektive skutečných podmínek; ρ0 je hustota plynného média za standardních podmínek.
Po získání rychlosti proudění lze vypočítat rychlost proudění potrubím určitého průměru v daném časovém období. Průtok F potrubím za 1 hodinu je:
F=(3,6 × 10³ × π × V × D²) / 4=3.6 × 10³ × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2,10)
