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, $c$ 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 путем пропускания ультразвукового луча через ткани, отражения его от отражающей пластины, затем изменения направления луча на противоположное и повторения измерения 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]