Сайт про мікроконтролери AVR
Відомо, що якщо точковий розсіювач, що рухається вздовж труби зі швидкістю V, опромінюється під кутом α1Ж до вертикалі сигналом з частотою ω0 і нерухомий приймач встановлений під кутом α2Ж, то частота відбитого сигналу визначається співвідношенням (1):
Де СЖ – швидкість звуку в рідині.
Частота відбитого сигналу д зменшується при видаленні розсіювача і збільшується при його наближенні. Розклавши другий співмножник (1) в статечний ряд, взявши різницю ∆ω=ωд-ω0 і обмежившись лінійним наближенням (так як V 3 ; V - швидкість потоку, м/с; D - діаметр трубопроводу, м; μ - динамічна в'язкість, Кг/(м*с) Взагалі кажучи, є формула Нікурадзе для розрахунку цього гідродинамічного коефіцієнта КG:
(7)
Формула (7) є справедливою для труб круглого перерізу. Але оскільки ми зараз займаємося доплером, не заглиблюватимемося в ці нетрі.
Для доплерівського витратоміра з роздільними датчиками, встановленими на протилежних стінках трубопроводу, характерно те, що максимум сигналу доплерів береться з центру потоку, і одночасно - поглинання ультразвуку зростає з відстанню. Якщо не вдаватися до математики, виходить, що компенсація профілю відбувається як би сама по собі. Звичайно, вона менш точна, ніж навіть обчислювана за кількістю Рейнольдса, але й сама по собі точність доплерівських витратомірів не перевищує 2-3%.
Звичайно, сфера застосування доплерівських витратомірів обмежена. Як, втім, будь-яких інших. Для надійного та точного вимірювання витрати повинні виконуватись чотири основні вимоги.
- Розсіювачі по-перше, повинні бути, по-друге, вони повинні мати повний акустичне опір, відмінне від рідини. А цефункція від щільності та швидкості звуку. Ідеальний розсіювач повинен мати густину, рівну щільності рідини, але іншу швидкість звуку. Для води, наприклад, це поліетиленові гранули, вони мають швидкість звуку у півтора рази вищу. (Хто їх туди сипатиме і навіщо - це вже інше питання)
- Частинок має бути досить багато, щоб викликати поздовжнє розсіювання.
- Для даного діаметра трубопроводу поздовжнє розсіювання повинно мати достатню енергію, щоб подолати бар'єр Рейля (енергетичні витрати), створювані більш дрібними частинками. Для води найкращий варіант – частота ультразвуку 500 кГц. При цьому частинки менше 50 мікрон матимуть низький бар'єр Рейля, ними енергія ультразвуку не розсіюватиметься, вона піде в тепло. Досвід показує, що якщо частинки розміром більше 100 мікрон становлять понад 25% загальної кількості частинок, то вимірювання можна проводити без проблем при діаметрі трубопроводу до 150 мм.
- Та й останнє. Розсіювачі повинні рухатися з тією самою швидкістю, як і рідина.
Виникає питання, а що робити, якщо не можемо просвітити ультразвуком рідину наскрізь? Чи не можемо поставити передавач та приймач діаметрально протилежно? Відповідь очевидна: змістити датчики і розрахувати коефіцієнт потоку для такої кривої установки. Зразкову методику породила фірма ThermoPolysonics. Наведу її неофіційний переклад (малюнки перенесені з оригінальної документації).
Крок 1. Визначимо кут установки ПЕА.
Якщо сигнал занадто слабкий, посуньте ПЕА ближче один до одного. При цьому можна керуватися Таблицею 1. Для великих труб діаметром можна прийняти кут 10°.