Как измерить скорость звука?
В каких случаях возникает задача измерения скорости звука.
Ультразвуковые время-импульсные расходомеры с накладными датчиками очень удобны для измерения расхода любых однородных жидкостей. Перед их применением необходимо ввести всего несколько параметров технологического процесса. В частности нужно указать скорость ультразвука в той жидкости, которая циркулирует в контролируемом контуре.
В большинстве случаев задача решается очень просто - физические свойства наиболее часто встречающихся жидкостей уже записаны в память прибора. К примеру, в ультразвуковых расходомерах Streamlux 700-й серии варианты жидкостей можно выбрать в меню: (0) Вода, (1) Морская вода, (2) Керосин, (3) Бензин, (4) Мазут, (5) Сырая нефть, (6) Пропан при -45°C, (7) Бутан при 0°C, (8) Другие жидкости, (9) Дизельное топливо, (10) Касторовое масло, (11) Арахисовое масло, (12) Бензин №90, (13) Бензин №93. Так же в руководстве по эксплуатации к расходомеру в разделе «Приложения» указаны физические свойства наиболее распространённых жидкостей.
Если вы не нашли данные о скорости распространения звука вашей жидкости в руководстве или в интернете, то ее можно измерить с помощью встроенной функции расходомера. Для этого достаточно знать лишь кинематическую вязкость жидкости, которая измеряется и вбивается в прибор в сантистоксах.
Физические принципы измерения
Расходомер использует два накладных ультразвуковых датчика, которые работают одновременно как ультразвуковой передатчик и ультразвуковой приемник.
Прибор работает по принципу поочередной передачи и приема частотно-модулированного всплеска звуковой энергии между двумя ультразвуковыми датчиками (от первого датчика ко второму и в обратном направлении) и измерения времени, за которое звуковой сигнал проходит между ними.
Разница в измеренном времени прохождения сигнала прямо и точно определяет скорость жидкости в трубопроводе (в последующем конвертируя в расход и пройденный объем), как показано на рисунке 1.
Рис. 1: Принцип измерения расхода по времени прохождения ультразвука
где:
θ – угол между траекторией звукового сигнала и направлением потока; M – количество прохождений звукового сигнала через поток;
D – диаметр трубы;
Tup – время прохождения звукового пучка от датчика, установленного вверх по потоку, до датчика, установленного вниз по потоку;
Tdown – время прохождения звукового пучка от датчика, установленного вниз по потоку, до датчика, установленного вверх по потоку.
ΔT = Tup – Tdown
Как измерить скорость звука с помощью расходомеров Streamlux?
Инструкция по расчету скорости ультразвука в жидкостях с неизвестными свойствами:
1. Выберете в Меню M20 пункт «8. Other» (Иные жидкости). В Меню М22 – вводим кинематическую вязкость жидкости.
2. Введите в Меню М21 скорость ультразвука равную 1500 м/с.
3. Устанавливаем датчики правильно на полностью заполненную трубу жидкостью, согласно расстоянию между датчиками в Меню М25.
4. В Меню М92 проверьте скорость ультразвука, рассчитанную прибором для данной жидкости.
5. Если значение скорости, заданное в Меню М21, отличается от расчетной более чем на 10%, то введите в Меню М21 значение, рассчитанное в Меню М92.
Повторите шаги 4-5 до тех пор, пока расхождение в заданной и расчетной скорости будет не более 10%.
6. После получения скорости ультразвука, проверяем расстояние между датчиками в Меню М25. Если они изменилось, то раздвигаем/сдвигаем датчики на необходимое расстояние и проверяем данные в Меню М21 и М92. Если скорость изменилась и не попадает в разность в 10%, то повторяем шаги 4-6.
Таким образом, даже не зная точного состава и параметров вашей жидкости вы легко сможете получить данные о расходе в технологическом процессе и настроить его с максимальной эффективностью без дополнительного оборудования.
ДРУГИЕ СТАТЬИ
