طريقة فرق التوقيت – مبدأ عمل مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية
زمن-مدة-تقنية قياس تدفق الغاز بالموجات فوق الصوتية أثناء الطيران، والتي تعد جزءًا أساسيًا منمبدأ عمل مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية، يحسب متوسط السرعة المحورية Vz على طول المستوى الذي تشكله قناة الصوت والمحور عن طريق قياس الفرق في الوقت اللازم لانتشار الموجات فوق الصوتية في اتجاهي المصب والمنبع لوسط الغاز.
يختلف الوقت الذي تستغرقه الموجات فوق الصوتية للانتقال في اتجاهات المصب والمنبع. وقت المصب ووقت الانعكاس هو:
بدون النظر في تأثير بيئة الأنابيب الداخلية على سرعة الصوت، فإن معادلة متوسط سرعة التدفق-للمنطقة هي:
Vs=L / (2cosφ) · (tU - tD) / (tD · tU) (2.4)
من خلال قياس وقت عبور الموجات فوق الصوتية المصب tD ووقت عبور الموجات فوق الصوتية المنبع tU، يمكن حساب الفارق الزمني بين أوقات عبور الموجات فوق الصوتية المنبع والمصب:
Δt=tU - tD (2.5)
باستخدام طريقة زمن العبور-، يمكن قياس المنطقة-متوسط سرعة التدفق على طول مسار صوتي واحد. استنادًا إلى توزيع السرعة لمسارات صوتية مختلفة، يمكن استخدام الخوارزميات المقابلة لحساب متوسط سرعة التدفق عبر المقطع العرضي - بأكمله. وتسمى سرعة التدفق هذه أيضًا بالسرعة الكلية المتوسطة للتدفق -V.
من خلال قياس الفارق الزمني بين أوقات عبور الموجات فوق الصوتية في اتجاه المنبع وفي اتجاه مجرى النهر وحساب متوسط سرعة التدفق (السرعة الإجمالية) V للسائل داخل الأنبوب، يُطلق على طريقة قياس التدفق هذه طريقة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية في وقت العبور-. أجهزة قياس التدفق التي تستخدم طريقة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية-لوقت العبور لقياس معدل التدفق الحجمي للسائل داخل الأنابيب تسمى أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية لوقت العبور-.
العلاقة بين المسار-متوسط سرعة التدفق المقاسة بمقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية -وقت العبور ومتوسط سرعة التدفق المجمعة- داخل الأنبوب هي:
ك=الخامس / مقابل (2.6)
حيث يسمى K عامل تصحيح السرعة. يُشتق عامل تصحيح السرعة من النموذج الرياضي لملف توزيع السرعة من خلال قسم قياس مقياس التدفق.
واستناداً إلى ظروف تدفق الغاز داخل الأنبوب، يمكن استخلاص عامل تصحيح السرعة. من المعادلتين (2.4) و(2.6)، يمكن الحصول على متوسط سرعة تدفق الغاز بالجملة-داخل الأنبوب:
الخامس=كيلوفولت (2.7)
التحويل إلى معدل التدفق الحجمي من خلال المعادلة (2.7):
كيو ف=أف (2.8)
حيث A هي مساحة-المقطع العرضي للأنبوب.
بعد تعويض الضغط ودرجة الحرارة لمعدل التدفق الحجمي، يمكن الحصول على معدل التدفق الكتلي:
qm=ρ0 · (P / P0) · (T0 / T) · (1 / Z) · qv (2.9)
حيث Z هو عامل انضغاط الغاز؛ P0 وP هما معلمات الضغط في ظل الظروف القياسية والظروف الفعلية على التوالي؛ T0 وT هي قيم درجة الحرارة في ظل الظروف القياسية والظروف الفعلية على التوالي؛ ρ0 هي كثافة وسط الغاز في ظل الظروف القياسية.
بعد الحصول على سرعة التدفق، يمكن حساب معدل التدفق عبر أنبوب بقطر معين خلال فترة زمنية معينة. معدل التدفق F خلال الأنبوب خلال ساعة واحدة هو:
F=(3.6 × 10³ × π × V × D²) / 4=3.6 × 10³ × π × D³ × (1/tD - 1/tU) × 1/sin(2φ) (2.10)
