Il-miter tal-fluss Doppler jisfrutta l-effett Doppler, li huwa l-bidla tal-frekwenza li tirriżulta minn mewġ maħruġ minn jew rifless minn oġġett li jiċċaqlaq.
Ir-realizzazzjoni komuni tal- effett Doppler hija l-bidla perċepita fil-frekwenza tar-rapport tal-ħorn minn vettura li tiċċaqlaq: hekk kif il-vettura tersaq lejn is-semmiegħ, il-pitch tal-ħorn jidher aktar għoli min-normal; meta l-vettura tgħaddi s-semmiegħ u tibda titbiegħed, iż-żift tal-ħorn jidher li f'daqqa waħda "jinżel" għal frekwenza baxxa.
Fir-realtà, il-frekwenza tal-qrun ma tinbidel qatt, iżda l-veloċità tal-vettura li toqrob lejn is-semmiegħ wieqaf taġixxi biex "tikkompressa" l-vibrazzjonijiet soniċi fl-arja. Meta l-vettura titbiegħed, il-mewġ tal-ħoss huma "mġebbda" mill-perspettiva tas-semmiegħ.
L-istess effett iseħħ jekk mewġa tal-ħoss hija mmirata lejn oġġett li jiċċaqlaq, u l-frekwenza tal-eku hija mqabbla mal-frekwenza trasmessa (inċident). Jekk il-mewġ rifless jirritorna minn bużżieqa li tavvanza lejn it-transducer ultrasoniku, il-frekwenza riflessa tkun akbar mill-frekwenza inċidentali.
Jekk il-fluss jirriversja d-direzzjoni u l-mewġ rifless jirritorna minn bużżieqa li tivvjaġġa 'l bogħod mit-transducer, il-frekwenza riflessa tkun inqas mill-frekwenza inċidentali.
Dan jaqbel mal-fenomenu taż-żift tal-ħorn tal-vettura li donnu qed jiżdied hekk kif il-vettura tavviċina lil semmiegħ u tidher li tonqos hekk kif il-vettura titbiegħed minn semmiegħ.
Flussmetru Doppler jirkupra mewġ tal-ħoss barra minn bżieżaq jew materjal tal-partikuli fil-fluss tan-nixxiegħa, li jkejjel il-bidla tal-frekwenza u jidderiva l-veloċità tal-fluwidu mill-kobor ta 'dak il-bidla.
Fluss Meter ultrasoniku - Fluss miter Doppler
Ir-rekwiżit għal li jkun hemm oġġetti fil-fluss tal-fluss kbir biżżejjed biex jirrifletti l-mewġ tal-ħoss jillimita l-miters tal-fluss ultrasoniku Doppler għal applikazzjonijiet likwidi.
Likwidi "maħmuġin" bħal demel likwidu u ilma mormi, jew likwidi li jġorru numru sostanzjali ta 'bżieżaq tal-gass (eż xorb karbonizzat) huma fluwidi kandidati tajba għal din it-teknoloġija.
Mhuwiex realistiku li wieħed jistenna li kwalunkwe nixxiegħa tal-gass se ġġorr qtar likwidu jew materja solida kbira biżżejjed biex tirrifletti eki qawwija, u għalhekk il-miters tal-fluss Doppler ma jistgħux jintużaw biex ikejlu l-fluss tal-gass.
Ir-relazzjoni matematika bejn il-veloċità tal-fluwidu (v) u l-bidla tal-frekwenza Doppler (Δf) hija kif ġej, għal veloċitajiet tal-fluwidu ħafna inqas mill-veloċità tal-ħoss minn dak il-fluwidu (v <>
Fejn
Δf = bidla tal-frekwenza Doppler
v = Veloċità tal-fluwidu (fil-fatt, tal-partikula li tirrifletti l-mewġa tal-ħoss)
f = Frekwenza tal-mewġ tal-ħoss inċidentali
θ = Angolu bejn it-transducer u l-linji ċentrali tal-pajpijiet
c = Veloċità tal-ħoss fil-fluwidu tal-proċess
Ara wkoll: Animazzjoni tal-miter tal-fluss ultrasoniku
Innota kif l-effett Doppler jagħti kejl dirett tal-veloċità tal-fluwidu minn kull eku riċevut mit-transducer.
Dan jikkuntrasta sew mal-kejl tad-distanza bbażat fuq id-dawl mitfugħ (time Reflectometry - fejn l-ammont ta 'ħin bejn il-polz inċidentali u l-eku rritornat huwa proporzjonali għad-distanza bejn it-transducer u l-wiċċ li jirrifletti)
bħal fl-applikazzjoni tal-kejl ultrasoniku tal-livell tal-likwidu. Fil-miter tal-fluss Doppler, id-dewmien tal-ħin bejn l-inċident u l-impulsi riflessi huwa irrilevanti. Hija importanti biss il-bidla fil-frekwenza bejn is-sinjali inċidentali u s-sinjali riflessi.
Din il-bidla fil-frekwenza hija wkoll proporzjonata direttament mal-veloċità tal-fluss, u tagħmel il-flussmetru ultrasoniku Doppler apparat tal-kejl lineari.
Irranġa mill-ġdid l-ekwazzjoni tal-bidla tal-frekwenza Doppler biex issolvi għall-veloċità (għal darb'oħra, jekk tassumi v <>
Meta tkun taf li r-rata tal-fluss volumetriku hija daqs il-prodott taż-żona tal-pajp u l-veloċità medja tal-fluwidu (Q = Av), nistgħu niktbu mill-ġdid l-ekwazzjoni biex issolvi direttament għar-rata tal-fluss ikkalkulata (Q):
Konsiderazzjoni importanti ħafna għall-kejl tal-fluss ultrasoniku Doppler hija li l- kalibrazzjoni tal-miter tal-fluss tvarja bil-veloċità tal-ħoss permezz tal-fluwidu (c).
Dan jidher faċilment mill-preżenza ta 'c fl-ekwazzjoni ta' hawn fuq: hekk kif ċ tiżdied, Δf għandu jonqos proporzjonalment għal kwalunkwe rata ta 'fluss volumetriku fiss Q.
Peress li l-miter tal-fluss huwa ddisinjat biex jinterpreta direttament ir-rata tal-fluss f'termini ta 'Δf, żieda f'c li tikkawża tnaqqis f' Δf għalhekk tirreġistra bħala tnaqqis f'Q.
Dan ifisser li l-veloċità tal-ħoss għal fluwidu għandha tkun magħrufa sewwa sabiex flusser ultrasoniku Doppler jitkejjel b'mod preċiż il-fluss.
Il-veloċità tal-ħoss permezz ta 'kwalunkwe fluwidu hija funzjoni tad-densità u tal-modulu bl-ingrossa ta' dak il-mezz (kif faċilment tikkompressa):
Fejn
c = veloċità tal-ħoss f'materjal (metri fis-sekonda)
B = Modulu bl-ingrossa (qatgħat, jew newtons kull metru kwadru)
ρ = Densità tal-massa ta 'fluwidu (kilogrammi kull metru kubu)
It-temperatura taffettwa d-densità tal-likwidu, u l-kompożizzjoni (il-kostitwenza kimika tal-likwidu) taffettwa l-modulus tal-massa. Għalhekk, it-temperatura u l-kompożizzjoni tagħha huma fatturi li jinfluwenzaw għall-kalibrazzjoni tal-miter ultrasoniku Doppler.
Il-pressjoni mhix ta 'tħassib hawn, peress li l-pressjoni taffettwa biss id-densità tal-gassijiet, u aħna diġà nafu li l-miter tal-fluss Doppler jiffunzjona biss bil-likwidi.
Wara t-tema li jeħtieġu bżieżaq jew frak ta 'daqs suffiċjenti, limitazzjoni oħra ta' fluss ultrasoniku Doppler hija l-inkapaċità tagħhom li jkejlu r-rati tal-fluss ta 'likwidi li huma nodfa wisq u omoġenji wisq. F'tali applikazzjonijiet, ir-riflessjonijiet tal-mewġ tal-ħoss se jkunu dgħajfa wisq biex jitkejlu b'mod affidabbli.
Dan huwa l-każ ukoll meta l-partiċelli solidi għandhom veloċità tal-ħoss viċin wisq ta 'dik tal-likwidu, peress li r-riflessjoni sseħħ biss meta mewġa tal-ħoss tiltaqa' ma 'materjal b'veloċità tal-ħoss notevolment differenti.
Il-miter tal-fluss ultrasoniku Doppler huwa inutli f'applikazzjonijiet fejn ma nistgħux niksbu riflessjonijiet qawwija tal-mewġ tal-ħoss.
Flussmeters tal-ħin ta 'transitu, li xi kultant jissejħu flowmeters ta' kontropagazzjoni, huma alternattiva għall-flussmetri ultrasoniċi Doppler.
Flussmetru ultrasoniku ta 'ħin ta' transitu juża par ta 'sensuri opposti biex ikejjel id-differenza ta' ħin bejn polz tal-ħoss li jivvjaġġa mal-fluss tal-fluwidu versus polz tal-ħoss li jivvjaġġa kontra l-fluss tal-fluwidu.
Peress li l-moviment ta 'fluwidu għandu t-tendenza li jġorr mewġa tal-ħoss flimkien, il-polz tal-ħoss trasmess' l isfel se jagħmel il-vjaġġ aktar mgħaġġel minn polz tal-ħoss trasmess 'il fuq:
Miters tal-fluss ta 'ħin tat-transitu
Ir-rata tal-fluss volumetriku permezz ta 'miter tal-fluss ta' transitu huwa funzjoni sempliċi tal-ħinijiet ta 'propagazzjoni' l fuq u 'l isfel:
Fejn
Q = Ir-rata tal-fluss volumetriku kkalkulat
k = Kostanti tal-proporzjonalità
t up = Ħin għall-polz tal-ħoss biex tivvjaġġa minn post 'l isfel għal post upstream (' il fuq, kontra l-fluss)
t isfel = Ħin għall-polz tal-ħoss biex tivvjaġġa minn post 'il fuq għal post' l isfel ('l isfel, bil-fluss)
Karatteristika interessanti tal-kejl tal-veloċità tal-ħin tat-transitu hija li l-proporzjon tad-differenza fil-ħin ta 'transitu fuq il-prodott ta' ħin ta 'transitu jibqa' kostanti bil-bidliet fil-veloċità tal-ħoss mill-fluwidu.
Jekk tixtieq tipprova dan lilek innifsek, tista 'tagħmel hekk billi tissostitwixxi t-tul tal-mogħdija (L), il-veloċità tal-fluwidu (v) u l-veloċità tal-ħoss (c) għad-drabi fil-formula tal-fluss. Uża tup = L / (c − v) u tdown = L / (c + v) bħala s-sostituzzjonijiet tiegħek, imbagħad tnaqqas alġebraikament il-formula tal-fluss sakemm issib li t-termini ċ kollha jikkanċellaw. Ir-riżultat finali tiegħek għandu jkun Q = 2kv / L.
Meta din l-ekwazzjoni titqiegħed f'termini ta 'tul tal-mogħdija (L), veloċità tal-fluwidu (v), u veloċità tal-ħoss (c), l-ekwazzjoni tissimplifika għal Q = 2kv / L, li tipprova li l-miter tal-fluss tal-ħin ta' transitu huwa lineari eżatt bħal l- Flussmetru Doppler, bil-vantaġġ li jkun immuni għal bidliet fil-veloċità tal-ħoss tal-fluwidu.
Il-bidliet fil-modulu bl-ingrossa li jirriżultaw minn bidliet fil-kompożizzjoni tal-fluwidu, jew bidliet fid-densità li jirriżultaw minn varjazzjonijiet kompożizzjonali, tat-temperatura jew tal-pressjoni għalhekk għandhom ftit effett fuq l-eżattezza tal-miter tal-fluss f'ħin ta 'transitu
Mhux biss il-miters tal-fluss ultrasoniku tal-ħin tat-tranżitu huma immuni għal bidliet fil-veloċità tal-ħoss, iżda huma wkoll kapaċi jkejlu dik il-veloċità sonika indipendenti mir-rata tal-fluss.
L-ekwazzjoni għall-kalkolu tal-veloċità tal-ħoss ibbażata fuq il-ħinijiet ta 'propagazzjoni' l fuq u 'l isfel hija kif ġej:
Fejn
c = Il-veloċità kkalkulata tal-ħoss fil-fluwidu
L = tul tal-passaġġ
t up = Ħin għall-polz tal-ħoss biex tivvjaġġa minn post 'l isfel għal post upstream (' il fuq, kontra l-fluss)
t isfel = Ħin għall-polz tal-ħoss biex tivvjaġġa minn post 'il fuq għal post' l isfel ('l isfel, bil-fluss)
Filwaqt li mhix neċessarja jew saħansitra rilevanti b'mod partikolari għall-iskop dirett tal-kejl tal-fluss, din l-inferenza tal-veloċità tal-ħoss tal-fluwidu hija madankollu utli bħala għodda dijanjostika. Jekk il-veloċità vera tal-ħoss għall-fluwidu hija magħrufa jew bil-kejl dirett tal-laboratorju ta 'kampjun jew permezz ta' analiżi kimika ta 'kampjun, din il-veloċità tista' titqabbel mal-veloċità tal-ħoss irrappurtata tal-miter tal-fluss biex tivverifika l-eżattezza tal-ħin ta 'transitu assolut tal-miter tal-fluss . Ċerti problemi fis-sensuri jew fi ħdan l-elettronika tas-sensuri jistgħu jinstabu b'dan il-mod.
Rekwiżit għal tħaddim affidabbli ta 'miter tal-fluss ultrasoniku ta' ħin ta 'transitu huwa li l-fluwidu tal-proċess ikun ħieles minn bżieżaq tal-gass jew partiċelli solidi li jistgħu jxerrdu jew jostakolaw il-mewġ tal-ħoss.
Innota li dan huwa preċiżament ir-rekwiżit oppost tal-miters tal-fluss ultrasoniku Doppler, li jeħtieġu bżieżaq jew partiċelli biex jirriflettu l-mewġ tal-ħoss.
Dawn ir-rekwiżiti opposti jiddistingwu sewwa applikazzjonijiet tajbin għal miters tal-fluss tal-ħin tat-transitu mill-applikazzjonijiet adattati għall-miters tal-fluss Doppler, u jżidu wkoll il-possibbiltà li jintużaw miters tal-fluss ultrasoniku tal-ħin tat-transitu fuq il-flussi tal-gass kif ukoll fuq il-flussi tal-fluss tal-likwidu.
