Aikaeromenetelmä – ultraäänivirtausmittarin toimintaperiaate
Lentoajan--ultraäänikaasuvirtausmittaustekniikka, joka on keskeinen osaUltraäänivirtausmittarin toimintaperiaate, laskee aksiaalisen keskinopeuden Vz äänikanavan ja akselin muodostamaa tasoa pitkin mittaamalla eron ajassa, joka tarvitaan ultraääniaaltojen etenemiseen kaasuväliaineen myötä- ja vastavirtaan.
Aika, joka kuluu ultraääniaaltojen kulkemiseen myötä- ja vastavirtaan, on erilainen. Alavirran aika ja kääntöaika ovat:
Ottamatta huomioon putken sisäisen ympäristön vaikutusta äänen nopeuteen, alue{0}}keskimääräinen virtausnopeusyhtälö on:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2,4)
Mittaamalla alavirran ultraääniaallon siirtoaika tD ja ylävirran ultraääniaallon siirtoaika tU, aikaero ylävirran ja alavirran ultraääniaallon siirtoaikojen välillä voidaan laskea:
Δt=tU - tD (2,5)
Transit{0}}time-menetelmällä voidaan mitata alueen-keskimääräinen virtausnopeus yhtä akustista reittiä pitkin. Eri akustisten reittien nopeusjakauman perusteella voidaan käyttää vastaavia algoritmeja laskemaan keskimääräinen virtausnopeus koko poikkileikkauksen-poikki. Tätä virtausnopeutta kutsutaan myös bulkki-keskimääräiseksi virtausnopeudeksi V.
Mittaamalla ultraääniaallon ylä- ja alavirran kulkuaikojen aikaero ja laskemalla putken sisällä olevan nesteen keskimääräinen virtausnopeus (bulkkinopeus) V, tätä virtauksen mittausmenetelmää kutsutaan transit{0}}ultraäänivirtauksen mittausmenetelmäksi. Virtausmittareita, jotka käyttävät transit-ultraäänivirtausmittausmenetelmää putkien sisällä olevan nesteen tilavuusvirtausnopeuden mittaamiseen, kutsutaan transit-ultraäänivirtausmittareiksi.
Kulkuajan-ultraäänivirtausmittarilla mitatun polun-keskimääräisen virtausnopeuden ja putken sisällä olevan bulkki-keskimääräisen virtausnopeuden välinen suhde on:
K=V / Vs (2,6)
Missä K on nimeltään nopeuden korjauskerroin. Nopeuden korjauskerroin johdetaan nopeusjakaumaprofiilin matemaattisesta mallista virtausmittarin mittausosan läpi.
Nopeuden korjauskerroin voidaan johtaa putken sisällä vallitsevien kaasun virtausolosuhteiden perusteella. Yhtälöistä (2.4) ja (2.6) voidaan saada bulkki-keskimääräinen kaasun virtausnopeus putken sisällä:
V=KVs (2,7)
Muunnetaan tilavuusvirtaukseksi yhtälön (2.7) avulla:
qv=AV (2,8)
Missä A on putken{0}}poikkileikkauspinta-ala.
Tilavuusvirtausnopeuden paineen ja lämpötilan kompensoinnin jälkeen voidaan saada massavirtausnopeus:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2,9)
jossa Z on kaasun kokoonpuristuvuustekijä; P0 ja P ovat paineparametrit vakioolosuhteissa ja vastaavasti todellisissa olosuhteissa; T0 ja T ovat lämpötila-arvot standardiolosuhteissa ja vastaavasti todellisissa olosuhteissa; ρ0 on kaasuväliaineen tiheys standardiolosuhteissa.
Virtausnopeuden saamisen jälkeen voidaan laskea virtausnopeus tietyn halkaisijan omaavan putken läpi tietyn ajanjakson sisällä. Virtausnopeus F putken läpi 1 tunnin sisällä on:
F=(3,6 × 10³ × π × V × D²) / 4=3.6 × 10³ × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2,10)
