Principe de fonctionnement du débitmètre à ultrasons

Principe de fonctionnement d' un débitmètre à ultrasons. Lorsque des ondes ultrasonores sont transmises dans un fluide en mouvement, elles véhiculent des informations sur le débit de ce fluide. Ainsi, la vitesse d'écoulement du fluide peut être détectée grâce aux ondes ultrasonores reçues, puis convertie en débit. Les impulsions ultrasonores se propagent dans la canalisation d'un capteur à l'autre, tel un passeur traversant une rivière. Lorsque le gaz est inactif, l'impulsion sonore se propage dans les deux sens à la même vitesse (vitesse du son, C). Si le gaz dans la canalisation a une vitesse d'écoulement V (différente de zéro), l'impulsion sonore dans le sens de l'écoulement sera transmise plus rapidement, tandis que dans le sens inverse, elle sera transmise plus lentement. Ainsi, le temps de transmission en aval tD sera plus court, tandis que le temps de transmission en amont tU sera plus long. Les temps de transmission mentionnés ici sont comparés au temps de transmission lorsque le gaz est inactif ; selon la méthode de détection, on distingue : la méthode de différence de vitesse de transmission, la méthode Doppler, la méthode de décalage de faisceau, la méthode du bruit et d'autres méthodes apparentées. Différents types de débitmètres à ultrasons . Le débitmètre à ondes acoustiques est un type de débitmètre dont l'utilisation a commencé avec le développement rapide de la technologie des circuits intégrés au cours des dix dernières années. Selon le principe de détection du signal, les débitmètres à ultrasons actuels peuvent être classés en plusieurs catégories : méthode de différence de vitesse de transmission (comprenant : méthode de différence de temps directe, méthode de différence de temps, méthode de différence de phase, méthode de différence de fréquence), méthode de décalage de faisceau, méthode Doppler, méthode associée, méthode de filtrage spatial et méthode de bruit. Parmi ces méthodes, la méthode de bruit est la plus simple de par son principe et sa structure, facile à mesurer et à transporter, économique mais peu précise, et convient aux applications où la précision de mesure du débit est faible. Comme les principes de base des méthodes de différence de temps directe, de différence de temps, de différence de fréquence et de différence de phase reflètent la vitesse d'écoulement du fluide en mesurant la différence entre les vitesses de transmission amont et aval des impulsions ultrasonores, elles sont collectivement appelées méthode de différence de vitesse de transmission. Parmi ces méthodes, la méthode de différence de fréquence et la méthode de différence de temps permettent de corriger l'erreur due à la variation de la vitesse du son avec la température du fluide et offrent une grande précision, ce qui explique leur large utilisation. Selon les différentes méthodes de configuration du transducteur, la différence de vitesse de transmission est divisée en : méthode Z (transmission), méthode V (réflexion), méthode X (croisement), etc. La méthode du décalage du faisceau reflète la vitesse d'écoulement du fluide en utilisant la direction de transmission du faisceau ultrasonore dans le fluide pour le décaler en fonction de la vitesse d'écoulement. Lorsque la vitesse d'écoulement est faible, la sensibilité est très faible et l'applicabilité est limitée. La méthode Doppler utilise le principe du Doppler acoustique pour déterminer le débit du fluide en mesurant le décalage de fréquence ultrasonore Doppler diffusé par le corps diffusant dans un fluide hétérogène. Elle est adaptée à la mesure de l'écoulement des fluides contenant des particules en suspension et des bulles. La méthode pertinente consiste à utiliser la technologie appropriée pour mesurer le débit. En principe, la précision de mesure de cette méthode est indépendante de la vitesse du son dans le fluide, et donc de la température, de la concentration, etc. du fluide. Elle offre donc une précision de mesure élevée et un large champ d'application. Cependant, le prix des appareils associés est élevé et le circuit est plus complexe. Grâce à l'utilisation généralisée des microprocesseurs, ce défaut peut être surmonté. La méthode du bruit (méthode d'écoute) repose sur le principe selon lequel le bruit généré par le fluide dans la canalisation est lié à sa vitesse d'écoulement. Après détection du bruit, la vitesse ou la valeur du débit est indiquée. Cette méthode est simple et peu coûteuse, mais sa précision est faible. Les méthodes décrites ci-dessus ont leurs propres caractéristiques et doivent être basées sur les propriétés du fluide mesuré. Le choix dépend de facteurs tels que la distribution du débit, l'emplacement d'installation de la canalisation et les exigences de précision de mesure. En général, la température du fluide de travail ne pouvant être maintenue stable en production industrielle, les méthodes de différence de fréquence et de différence de temps sont souvent utilisées. La méthode du temps de transit direct n'est utilisée que pour les canalisations de grand diamètre. Les critères de sélection pour la méthode d'installation du transducteur sont généralement les suivants : lorsque le fluide s'écoule parallèlement à l'axe du tube, la méthode Z est utilisée ; lorsque la direction de l'écoulement n'est pas parallèle au tube ou que l'emplacement de la canalisation limite la distance d'installation du transducteur, la méthode V est utilisée. Loi ou Loi X. Lorsque la distribution du champ d'écoulement est irrégulière et que la section droite du tube devant le débitmètre est courte, une méthode multicanal (par exemple, à deux ou quatre canaux) peut également être utilisée pour corriger les erreurs de mesure du débit causées par les perturbations de la vitesse d'écoulement. La méthode Doppler est adaptée à la mesure des écoulements diphasiques et permet d'éviter les défauts de colmatage, d'abrasion et d'adhérence causés par les particules en suspension ou les bulles d'air à la surface du fluide, ce qui permet son développement rapide. Avec le développement de l'industrie et des travaux visant à économiser l'énergie, le développement de mesures d'économie d'énergie telles que le transport et l'utilisation de combustibles à base de kérosène et d'huile (COM) et de charbon-ciment (CWM), ainsi que le développement de méthodes d'économie d'énergie telles que l'ajout d'eau au fioul, ouvre un large champ d'applications pour les débitmètres à ultrasons Doppler.

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