מד זרימת גז קולי -מהו מד זרימה קוליהמכשירים הנפוצים ביותר בצינורות גז - הם מד זרימה המותקן על צינור המוביל גז זורם ומודד את זרימת הגז באמצעות עקרון האולטרסאונד. מד זרימת גז על-קולי- יחיד הוא מכשיר המצויד בערוץ אחד בלבד; למד זרימת גז אולטראסוני רב-ערוצים יש שני ערוצים או יותר. העיקרון הבסיסי של מד זרימת גז קולי למדידת מהירות זרימה הוא לחשב את פרמטרי הליבה של נוזל הגז, כגון מהירות, קצב זרימה וצפיפות, על ידי מדידת זמן ההתפשטות של גלי אולטרסאונד במדיום הגז.
ניתוח של עקרון העבודה של-הפרש זמן מדידת זרימת גז קולית
שיטת-הפרש הזמן עבור מדידת זרימת גז אולטרסאונד - עיקרון שאליו מתייחסים לעתים קרובות ב-הגדרה של מד זרימה אולטראסוני- קובע את מהירות הגז הממוצעת לאורך ערוץ הקול על ידי שימוש בהפרש זמני ההתפשטות בין שני אותות קולי המתפשטים באותו כיוון ובכיוון ההפוך. כאשר אולטרסאונד מתפשט בתווך גז זורם, מהירותו משתנה עם מהירות הגז. באופן ספציפי, מהירות ההתפשטות של אולטרסאונד משתנה באותו כיוון כמו מהירות הגז: כאשר מהירות הגז עולה, מהירות התפשטות האולטרסאונד באותו כיוון עולה גם היא; לעומת זאת, אם מהירות הגז תגדל בכיוון ההפוך להתפשטות האולטרסאונד, מהירות האולטרסאונד תפחת בהתאם.
מבנה בסיסי של חיישן זרימת צינור קולי
כפי שמוצג באיור 2.1 - טיפוסיתרשים סכמטי של מד זרימה אולטראסוני- שני מתמרים קוליים (המכונים בדיקות או מתמרים) המסוגלים גם לשדר וגם לקלוט פולסים קוליים משובצים באחד או בשני הצדדים של הצינור. הנתיב האמיתי של האות האולטראסוני בין שני המתמרים נקרא ערוץ הקול, ולכן זוג מתמרים מהווה ערוץ קול אחד. המתמרים מופרדים מהתווך הנוזל על ידי קרום שקוף קולי- או קטע של דופן צינור אקוסטי. בערוץ אחד-מד זרימה קולי, מוליך הגל בין שני המתמרים האולטראסוניים חוצה את ציר הציוד.
כפי שמוצג באיור 2.1, קוטר הצינור הוא D, ואורך הקו הישר- בין פני הקצה של שני המתמרים A ו-B המוטבעים משני צידי הצינור הוא אורך התעלה L (נקרא גם נתיב קול L). הקשר שלו עם הקוטר D הוא כדלקמן:
בנוסחה: Φ היא זווית ההטיה של ערוץ הקול, שהיא הזווית בין ערוץ הקול לציר הצינור. זווית ההטיה של ערוץ הקול היא גם זווית הפגיעה של גל האולטרסאונד.
זווית האירוע - הנדונה לעתים קרובות ב-מבנה של מד זרימה אולטראסוניכמו גם בתרשים בלוקים של מד זרימה אולטראסוני- מושפע הן ממהירות הקול בנוזל והן ממהירות הקול בטריז האקוסטי ובחומר קיר הצינור. עם זאת, השינוי במהירות הקול עם הטמפרטורה הוא בדרך כלל קטן יותר עבור חומרים מוצקים מאשר עבור חומרים גזים. כאשר שינוי הטמפרטורה קטן, ניתן להתעלם מהשפעת הטריז האקוסטי וחומר קיר הצינור על דיוק המדידה; עם זאת, כאשר טווח שינויי הטמפרטורות גדול, יש לבצע תיקונים לשינויים המשמעותיים במהירות הקול בטריז האקוסטי ובחומר קיר הצינור.
למתמר עם זווית תקיפה של 30 מעלות יש שידור גבוה, אובדן אנרגיה נמוך ומתח עירור נמוך, מה שהופך אותו למתאים למדי זרימה אולטראסוניים כף יד שבהם מתח AC אינו נוח. למתמר עם זווית תקיפה של 45 מעלות יש שידור נמוך יותר, אך ניתן להגדיל את גודל גביש המתמר כדי להעלות את מתח העירור, מה שהופך אותו למתאים למדי זרימה על-קוליים נייחים או כאלה שיכולים להשתמש במתח AC.
