Tidsforskjellsmetode – arbeidsprinsipp for ultralydstrømningsmåler
Time{0}}of-ultrasonisk gassstrømmålingsteknologi, som er en sentral del avarbeidsprinsipp for ultralydstrømningsmåler, beregner den aksiale gjennomsnittshastigheten Vz langs planet dannet av lydkanalen og aksen ved å måle forskjellen i tiden som kreves for ultralydbølger å forplante seg i nedstrøms- og oppstrømsretningene til et gassmedium.
Tiden det tar for ultralydbølger å bevege seg i retning nedstrøms og oppstrøms er forskjellig. Nedstrømstiden og reverseringstiden er:
Uten å ta i betraktning påvirkningen av det indre rørmiljøet på lydhastigheten, er ligningen for areal-gjennomsnittlig strømningshastighet:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2.4)
Ved å måle nedstrøms ultralydbølgetransittid tD og oppstrøms ultralydbølgetransittid tU, kan tidsforskjellen mellom oppstrøms og nedstrøms ultralydbølgetransittider beregnes:
Δt=tU - tD (2,5)
Ved å bruke transitt-tidsmetoden kan områdets-gjennomsnittlige strømningshastighet langs én akustisk bane måles. Basert på hastighetsfordelingen til forskjellige akustiske baner, kan tilsvarende algoritmer brukes til å beregne den gjennomsnittlige strømningshastigheten over hele tverrsnittet. Denne strømningshastigheten kalles også bulk-gjennomsnittlig strømningshastighet V.
Ved å måle tidsforskjellen mellom oppstrøms og nedstrøms ultralydbølgegjennomgangstider og beregne den gjennomsnittlige strømningshastigheten (bulkhastigheten) V til væsken inne i røret, kalles denne strømningsmålingsmetoden for ultralydmålingsmetoden for -tiden. Strømningsmålere som bruker ultralydmålingsmetoden -tid for å måle den volumetriske strømningshastigheten til væske inne i rør, kalles ultralydstrømmålere for -tid.
Forholdet mellom banens-gjennomsnittlige strømningshastighet målt ved ultrasonisk strømningsmåler for transitt-tid og bulk-gjennomsnittlig strømningshastighet inne i røret er:
K=V / Vs (2,6)
Hvor K kalles hastighetskorreksjonsfaktoren. Hastighetskorreksjonsfaktoren er utledet fra en matematisk modell for hastighetsfordelingsprofil gjennom strømningsmålerens måleseksjon.
Basert på gassstrømforholdene inne i røret, kan hastighetskorreksjonsfaktoren utledes. Fra ligningene (2.4) og (2.6) kan bulk-gjennomsnittlig gassstrømhastighet inne i røret oppnås:
V=KV (2,7)
Konvertering til volumetrisk strømningshastighet gjennom ligning (2.7):
qv=AV (2.8)
Hvor A er tverrsnittsarealet til røret.
Etter trykk- og temperaturkompensasjon for volumetrisk strømningshastighet, kan massestrømningshastigheten oppnås:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2,9)
Hvor Z er gasskompressibilitetsfaktoren; P0 og P er trykkparametrene under henholdsvis standardforhold og faktiske forhold; T0 og T er temperaturverdiene under henholdsvis standardforhold og faktiske forhold; ρ0 er tettheten til gassmediet under standardforhold.
Etter å ha oppnådd strømningshastigheten, kan strømningshastigheten gjennom et rør med en viss diameter innenfor en gitt tidsperiode beregnes. Strømningshastigheten F gjennom røret innen 1 time er:
F=(3,6 × 10³ × π × V × D²) / 4=3.6 × 10³ × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2,10)
