Ультразвуковой расходомер

Схематическое изображение датчика потока.

Ультразвуковой расходомер — это тип расходомера , который измеряет скорость жидкости с помощью ультразвука для расчета объемного расхода. Используя ультразвуковые преобразователи , расходомер может измерять среднюю скорость на пути излучаемого ультразвукового луча, усредняя разницу в измеренном времени прохождения между импульсами ультразвука, распространяющимися в направлении потока и против него, или измеряя сдвиг частоты. от эффекта Доплера . На ультразвуковые расходомеры влияют акустические свойства жидкости, а также температура, плотность, вязкость и взвешенные частицы в зависимости от конкретного расходомера. в них не используются движущиеся части Они сильно различаются по закупочной цене, но часто недороги в использовании и обслуживании, поскольку в отличие от механических расходомеров .

Средства эксплуатации

Существует три различных типа ультразвуковых расходомеров. Расходомеры трансмиссии (или встречного распространения) можно разделить на линейные (интрузивные, смачиваемые) и накладные (неинтрузивные). Ультразвуковые расходомеры, использующие доплеровский сдвиг, называются отражательными или доплеровскими расходомерами. Третий тип – расходомер открытого типа. ^{[ 1 ]}

Принцип

Временной транзитный расходомер

Ультразвуковые расходомеры измеряют разницу между временем прохождения ультразвуковых импульсов, распространяющихся по направлению потока и против него. Эта разница во времени является мерой средней скорости жидкости на пути ультразвукового луча. Используя абсолютное время прохождения $t_{up}$ и $t_{down}$ , как усредненная скорость жидкости $v$ и скорость звука $c$ можно рассчитать. Используя эти два времени прохождения, расстояние между приемными и передающими преобразователями $L$ и угол наклона $\alpha$ , если предположить, что звук должен идти против потока при движении вверх и вдоль потока при возвращении вниз, то из определения скорости можно записать следующие уравнения :

$c-v\cos \alpha ={\frac {L}{t_{up}}}$ и $c+v\cos \alpha ={\frac {L}{t_{down}}}$

Сложив и вычитая приведенные выше уравнения, мы получаем:

$v={\frac {L}{2\;\cos \left(\alpha \right)}}\;{\frac {t_{up}-t_{down}}{t_{up}\;t_{down}}}$ и $c={\frac {L}{2}}\;{\frac {t_{up}+t_{down}}{t_{up}\;t_{down}}}$

где $v$ - средняя скорость жидкости на пути звука и $c$ это скорость звука.

Расходомеры с доплеровским сдвигом

Другим методом ультразвукового измерения расхода является использование доплеровского сдвига , возникающего в результате отражения ультразвукового луча от звукоотражающих материалов , таких как твердые частицы или увлеченные пузырьки воздуха в текущей жидкости, или турбулентности самой жидкости, если жидкость чистая.

Доплеровские расходомеры применяются для суспензий , жидкостей с пузырьками, газов со звукоотражающими частицами.

Этот тип расходомера также можно использовать для измерения скорости кровотока , пропуская ультразвуковой луч через ткани, отражая его от отражающей пластины, затем меняя направление луча на противоположное и повторяя измерение объема кровотока . можно оценить. На частоту передаваемого луча влияет движение крови в сосуде, и путем сравнения частоты восходящего луча с нисходящим можно измерить поток крови через сосуд. Разница между двумя частотами является мерой истинного объемного расхода. Датчик с широким лучом также можно использовать для измерения потока независимо от площади поперечного сечения кровеносного сосуда.

Расходомеры открытого канала

В этом случае ультразвуковой элемент фактически измеряет высоту воды в открытом канале; исходя из геометрии канала, расход можно определить по высоте. Ультразвуковой датчик обычно также оснащен датчиком температуры, поскольку на скорость звука в воздухе влияет температура.

См. также

Ссылки

^ «Как работает ультразвуковой расходомер» .

Липтак, Бела Г.: Измерение и анализ процессов, Том 1. CRC Press (2003), ISBN 0-8493-1083-0 (v. 1)
Ультразвуковое акустическое зондирование Университета Брауна
Линнуорт, Л.К.: Ультразвуковые измерения для управления процессами. Academic Press, Inc. Сан-Диего. ISBN 0-12-460585-0

Внешние ссылки

[1] «Как работает ультразвуковой расходомер» .

[ 1 ]