Tagraíonn sreabhmhéadar gáis ultrasonaic do shreabhmhéadar atá suiteáilte ar phíblíne le gás ag sileadh agus tomhaiseann sé an sreabhadh gáis tríd an bprionsabal ultrasonaic. Tagraíonn sreabhmhéadar ultrasonaic gáis cosáin aonair do ghléas atá feistithe le cosán fuaimiúil amháin, agus tugtar sreabhmhéadar ultrasonaic gáis ilchonair ar shreabhmhéadar gáis ultrasonaic a bhfuil dhá chonair fhuaimiúla nó níos mó aige.
Conas a oibríonn méadar sreafa ultrasonaic? Is é an bunphrionsabal chun treoluas sreafa a thomhas le sreabhmhéadar gáis ultrasonaic ná treoluas sreafa, ráta sreafa, dlús agus paraiméadair eile an tsreabháin gháis a ríomh trí am iomadaithe na dtonnta ultrasonaic sa mheán gásach a thomhas. Déanann an chaibidil seo anailís den chuid is mó ar phrionsabal oibríochta-tomhais sreafa ultrasonaic ama idirthurais agus na fachtóirí a mbíonn tionchar acu ar thomhas sreafa, agus déantar staidéir ionsamhlúcháin ar conas cruinneas tomhais sreafa a fheabhsú, chun ullmhúcháin a dhéanamh chun staidéar a dhéanamh ar mhodhanna tomhais agus samhaltú meicníochta ilchosáin.
Anailís ar Phrionsabal Oibriúcháin an Idirthurais-Tomhas Sreabhadh Gáis Ultrasonach Ama
Is modh tomhais sreafa gáis é an modh tomhais um shreabhadh gáis ultrasonaic ama idirthurais ina n-úsáidtear an difríocht iomadaithe idir dhá chomhartha ultrasonaic ag taisteal le sruth agus in aghaidh an tsrutha chun meántreoluas an tsreafa gáis feadh an chosáin fhuaimiúil a chinneadh. Nuair a iomadaíonn tonnta ultrasonaic i meán gásach ag sileadh, athraíonn a luas iomadaithe de réir treoluas an tsreafa gáis.
Go sonrach, athraíonn luas iomadaithe na dtonnta ultrasonaic sa treo céanna le treoluas an tsreafa gáis: nuair a mhéadaíonn an treoluas sreabhadh gáis, méadóidh treoluas na tonnta ultrasonaic atá ag iomadú sa treo céanna freisin dá réir sin; os a choinne sin, má mhéadaíonn treoluas an tsreafa gáis agus é contrártha leis an treo iomadaithe ultrasonaic, laghdóidh an treoluas ultrasonaic dá réir sin.
Struchtúr Bunúsach Píopa Ultrasonach-Braiteoir Sreafa
Mar a léirítear i bhFíor. 2.1, tá dhá thrasduchtóir ultrasonaic atá in ann bíoga ultrasonaic a tharchur agus a fháil (dá ngairtear tóireadóirí nó trasduchtóirí) leabaithe ar thaobh amháin nó ar an dá thaobh den phíblíne. Tugtar an cosán fuaimiúil ar chonair iarbhír an chomhartha ultrasonaic idir na trasducers tarchurtha agus glactha; mar sin, cruthaíonn péire trasducers cosán fuaimiúil amháin. Déantar membrane tarchuir fuaime nó cuid de bhalla tonntreoraithe fuaime a shocrú idir na trasduchtóirí agus an meán sreabhán. I -sreabhmhéadar ultrasonaic cosáin amháin, trasnaíonn an tonnthreoir idir an dá thrasduchtóir ultrasonaic ais na hionstraime.
Fíor. 2.1 Léaráid scéimreach de phrionsabal an iompair-tomhais sreafa ultrasonaic ama
Mar a léirítear i bhFíor. 2.1, is é D trastomhas an phíobáin. Is é an fad líne dhíreach idir aghaidheanna deiridh na dtrasduchtóirí A agus B atá leabaithe ar an dá thaobh den phíblíne ná fad an chosáin L (ar a dtugtar an fad fuaimiúil L freisin), agus is é an gaol idir é agus an trastomhas D.
Fíor. 2.1 gaol geoiméadrach idir fuaimiúil-fad cosáin agus trastomhas an phíobáin-sreabhmhéadar ultrasonaic ama idirthurais
áit arb é φ uillinn claonta an chosáin fhuaimiúil, ie an uillinn idir an cosán fuaimiúil agus an ais píopa. Is é uillinn claonta an chosáin fhuaimiúil freisin uillinn teagmhais na toinne ultrasonaic. Bíonn tionchar ag an uillinn teagmhais φ ag luas fuaime an tsreabháin, chomh maith leis an luas fuaime sa ding agus san ábhar balla píopa.
Go ginearálta, tá an t-athrú ar luas fuaime le teocht in ábhair soladacha níos lú ná sin in ábhair gháis. Nuair nach bhfuil an t-athrú teochta mór, is féidir faillí a dhéanamh ar thionchar na n-ábhar balla ding agus píopa ar chruinneas tomhais; áfach, nuair a bhíonn an raon éagsúlachta teochta mór, ní mór an t-athrú mór ar luas fuaime sa ding agus sa phíobán-ábhair bhalla a cheartú.
Le haghaidh trasducer le uillinn teagmhais 30 céim, tá an comhéifeacht tarchurtha sách ard, tá an caillteanas fuinnimh beag, agus tá an voltas excitation riachtanach íseal. Tá trasduchtóir den sórt sin oiriúnach do shreabhmhéadair ultrasonaic ríomhaire boise nach bhfuil áisiúil chun soláthar cumhachta AC a úsáid. Tá comhéifeacht tarchurtha réasúnta íseal ag trasducer le uillinn teagmhais de 45 céim ach is féidir leis sliseanna trasducer níos mó agus voltas excitation níos airde a ghlacadh, agus mar sin tá sé oiriúnach do shreabhmhéadair seasta ultrasonaic nó iad siúd ar féidir leo soláthar cumhachta AC a úsáid.
Prionsabal Oibriúcháin an Idirthurais-Am a Thomhas Sreabhadh Gáis Ultrasonach
Cinneann teicneolaíocht tomhais tomhais sreabhadh ama ultrasonaic gáis an meán-treoluas sreafa aiseach Vz ar an eitleán atá déanta ag an gcosán fuaimiúil agus an ais, tríd an difríocht ama a thomhas idir tonnta ultrasonaic ag iomadú le sruth agus in aghaidh an tsrutha sa mheán gásach. Tá difríocht idir amanna idirthurais na dtonnta ultrasonaic sna treoracha le sruth agus in aghaidh an tsrutha. Is é an t-am iompair iartheachtacha ná:
Fíor. 2.2 Cothromóid ama idirthurais ultrasonaic iartheachtach-
agus is é an t-am idirthurais in aghaidh an tsrutha
Fíor. 2.3 Cothromóid ama idirthurais ultrasonaic in aghaidh an tsrutha-
áit arb é C luas fuaime na dtonnta ultrasonaic sa sreabhach tomhaiste seasta, ie luas na fuaime; Is é Vz ná meántreoluas sreafa an sreabháin sa treo aiseach ar an eitleán atá déanta ag an gcosán ultrasonaic agus an ais píopa, ar a dtugtar an cosán freisin-meán-treoluas.
Nuair nach mbreathnaítear ar thionchar na héagsúlachta luais fuaime mar gheall ar thimpeallacht inmheánach an phíobáin, is é an slonn don chonair-meán-treoluas
Fig. 2.4 Slonn don chonair-meán-threoluas aiseach
Trí an t-am idirthurais iartheachtach tD agus an t-am idirthurais in aghaidh an tsrutha tU den tonn ultrasonaic a thomhas, faightear an difríocht ama idir iomadú in aghaidh an tsrutha agus iartheachtacha mar
Fíor. 2.5 Difríocht ama idirthurais in aghaidh an tsrutha agus síos-a shainmhíniú
Ag baint úsáide as an modh ama idirthurais, is féidir an chonair-meán-treoluas de chonair fhuaimiúil amháin a fháil. Bunaithe ar mheántreoluas na gconair fhuaimiúla éagsúla, agus ag baint úsáide as halgartaim oiriúnacha, is féidir an meántreoluas atá ingearach leis an trasghearradh iomlán a ríomh, ar a dtugtar an meántreoluas V toirte.
Tugtar an modh tomhais idirthurais ar an modh chun meántreoluas sreabhán (toirt) an phíblíne V a thomhas tríd an -difríocht idirthurais idir iomadú ultrasonaic in aghaidh an tsrutha agus iartheachtach a thomhas. Tagraítear do shreabhmhéadar a thomhaiseann an sreabhadh sreabhán píblíne ag baint úsáide as an modh idirthurais-am ultrasonaic mar shreabhmhéadar ama idirthurais.
Is é an gaol idir an conair-meán-treoluas ar chonair fhuaimiúil an tsreabhmhéadar ama ultrasonaigh idirthurais agus an meántreoluas toirte sa phíblíne ná
Fíor. 2.6 Sainmhíniú ar an bhfachtóir ceartúcháin treoluais sreafa
áit a dtugtar an fachtóir ceartúcháin treoluais sreafa ar K. Díorthaítear fachtóir ceartúcháin treoluais an tsreafa ó mhúnla matamaitice na próifíle dáileacháin treoluas i gcuid tomhais an tsreabhmhéadar. De réir an chórais sreafa gáis atá sa phíblíne, is féidir an fachtóir ceartaithe treoluas sreafa a fháil. Mar sin, ó chothromóidí (2.4) agus (2.6), is é an meántreoluas gáis sa phíblíne
Fíor. 2.7 Gaol idir -meán-treoluas an phíobáin agus an chonair-meán-treoluas
Is féidir an ráta sreafa toirtmhéadrach a fháil ó chothromóid (2.7) mar
Fíor. 2.8 Cothromóid ráta sreafa toirtmhéadrach-
áit arb é A limistéar trasghearrtha an phíobáin.
Tar éis cúiteamh brú agus teocht an ráta sreafa toirtmhéadrach, is féidir an ráta sreafa mais a fháil mar
Fíor{0}} Cothromóid ráta maise-sreafa le ceartúchán brú-teocht-comhbhrúite
nuair is é Z an fachtóir comhbhrúiteachta gáis; Is iad P0 agus P na paraiméadair brú ag coinníollacha caighdeánacha agus coinníollacha iarbhír, faoi seach; Is iad T0 agus T na luachanna teochta ag coinníollacha caighdeánacha agus coinníollacha iarbhír, faoi seach; agus is é ρ0 dlús an mheáin ghásach faoi choinníollacha caighdeánacha.
Nuair a fhaightear an treoluas sreafa, is féidir méid an sreabháin a théann trí phíobán de thrastomhas áirithe thar thréimhse áirithe a ríomh. Is é an méid sreafa F a théann tríd an bpíobán i 1 h ná 79:
Fíor. 2.10 Toirt sreabháin in aghaidh na huaire tríd an bpíb bunaithe ar an idirthuras-tomhas ama-prionsabal oibre méadair sreafa ultrasonaic ama idirthurais
Bunphrionsabal Oibriúcháin de Thomhas Sreabhadh Gáis Ultrasonach Ilchonair
Is féidir sreamhmhéadair ultrasonaic gáis a roinnt i gcineálacha cosáin aonair agus ilchosáin, atá an dá cheann bunaithe ar an bprionsabal idirthurais chun sreabhadh ultrasonaic a thomhas. Faoi láthair, i measc táirgí den chineál céanna thar lear, is féidir líon na gcosán fuaimiúil a bheith chomh hard le sé. I sreabhmhéadar ultrasonaic ilchonair, seasann ViV_iVi don chosán{-meán-treoluas ar an iii{-ú-ú cosán fuaimiúil. Faightear é trí na hamanna idirthurais ultrasonaic iartheachtacha agus in aghaidh an tsrutha a thomhas, an difríocht ama eatarthu a ríomh, agus ansin an cosán a ríomh-an meántreoluas.
De réir an chaidrimh idir an conair-meán-treoluas gach conaire fuaime agus na fachtóirí ceartaithe treoluas sreafa, is féidir an meán-treoluas gáis toirte sa phíblíne a mheas mar
Fíor. 2.11 Cothromóid mheántreoluas ualaithe ilchonair-conas a oibríonn sreabhmhéadar ultrasonaic
áit arb é WiW_iWi an comhéifeacht ualaithe do gach cosán fuaimiúil, agus braitheann a luach ar an algartam comhtháthaithe a ghlactar.
Fíor. 2.12 Cothromóid ráta toirtmhéadrach il-chonair--sreabhmhéadar ultrasonaic conas a oibríonn sé
Go teoiriciúil, dá mhéad cosáin fhuaimiúla atá ann, is airde an cruinneas tomhais. Mar sin féin, is léir ón taithí phraiticiúil nuair a shroicheann líon na gcosán fuaimiúil trasna na trasghearrtha ceithre, is beag an rud a chuireann le feabhas a chur ar chruinneas trí líon na gcosán a mhéadú tuilleadh, agus costas déantúsaíochta a mhéadú go suntasach.
Anailís ar Fhachtóirí a bhfuil Tionchar acu ar Thomhas Sreabhadh Gáis Ultrasonach
De réir na bhfoirmlí ríomh ráta sreafa agus ráta sreafa de shreabhmhéadair ultrasonaic gáis, baineann an treoluas sreafa nó an ráta sreafa le gnéithe éagsúla, amhail paraiméadair gheoiméadracha an phíobáin tomhais, fachtóir ceartúcháin treoluas an tsreafa (nó comhéifeacht ualaithe), agus luachanna tomhaiste an ama iomadaithe ultrasonaic. Déantar an anailís seo a leanas ar na gnéithe seo.
Ceartú an tSreafa-Fachtóir Treluaise agus Feabhsú Cruinneas Tomhais
Sa -sreabhmhéadar ama gáis ultrasonaic idirthurais thuasluaite, tá an staidéar bunaithe ar an staid idéalach ina bhfuil an cosán dáileadh go haonfhoirmeach ar thrasghearradh an phíobáin. I gcásanna praiticiúla, mar gheall ar dháileadh treoluas neamh-aonfhoirmeach an tsreabháin trasna na trasghearrtha píopaí, is é an treoluas a fhaightear trí ríomh an cosán i ndáiríre-meán-treoluas feadh threo an iomadaithe ultrasonaigh agus an treo aiseach, a fhaightear ón difríocht ama idirthurais ultrasonaic tomhaiste-. Is cinnte go dtiocfaidh earráidí as an ráta sreafa toirtmhéadrach ríofa deiridh. Chun cruinneas tomhais a áirithiú, is gá an gaol idir an dá cheann a chinneadh agus an treoluas tomhaiste iarbhír a cheartú trí úsáid a bhaint as prionsabail meicniúla sreabháin; is é sin, tugtar fachtóir ceartúcháin ráta sreafa K isteach nuair a dhéantar tomhas le sreabhmhéadar toirtmhéadrach.
Mar gheall ar chastacht na staideanna sreafa sreabháin i bpíblínte, tá na dáileacháin treoluais a eascraíonn as casta freisin . Tá an taighde reatha teoranta go príomha don dáileadh treoluas i gcoinníollacha idéalach, is é sin, an dáileadh treoluas faoi shreabhadh laminach agus sreabhadh suaite lánfhorbartha i bpíopaí mín. Tá sreabhadh laminar agus sreabhadh suaite ina dhá stát sreafa bunúsacha sreabhán i bpíobáin. Tagraíonn sreabhadh laminar don stát nach bhfuil aon tairiscint thrasnach ag cáithníní sreabhach agus nach ndéantar ach tairiscint aiseach a mheas; tagraíonn sreabhadh suaite don staid ina bhfuil gluaisne aiseach agus trasnánach araon ag cáithníní sreabhán. Toisc go bhfuil difríocht idir na saintréithe sreafa faoi stáit éagsúla sreafa píblíne, faightear dáiltí treoluais éagsúla.
Tá tionchar comhpháirteach ag saintréithe sreafa sreabhán ar an meán-treoluas sa phíobán, ar shlaodacht chinéimiteach, agus ar thrastomhas an phíobáin, agus tá uimhir Reynolds ReReRe ina innéacs tábhachtach chun an stát sreafa a mheas. Nuair a bheidh Re<2300Re < 2300Re<2300, the flow is laminar; when Re>4000Re > 4000Re>4000, the flow is turbulent. Re=2300Re = 2300Re=2300 is usually taken as the critical value for the transition from laminar to turbulent flow. When Re>2300Re > 2300Re>2300, tosaíonn an sreabhán ag aistriú go staid shuaite, agus go ginearálta déileáiltear leis an réigiún aistrithe seo mar shreabhadh suaite.
CCanna
Cad é-sreabhmhéadar ama idirthurais gháis ultrasonaigh?
Tomhaiseann sreabhmhéadar ama gáis ultrasonaic idirthurais sreabhadh gáis trí bhioga ultrasonaic a sheoladh le sruth agus in aghaidh an tsrutha agus an treoluas sreafa a ríomh ón difríocht ina n-amanna iompair.
Cad é an difríocht idir sreabhmhéadair ultrasonaic cosáin aonair agus ilchonairí?
Úsáideann sreabhmhéadar cosáin amháin péire trasduchtóirí amháin agus cosán fuaimiúil amháin, agus úsáideann sreabhmhéadar cosáin roinnt cosán fuaimiúil ag airde nó uillinneacha éagsúla chun an phróifíl treoluais a ghabháil níos fearr agus chun cruinneas a fheabhsú.
Cén fáth a bhfuil fachtóir ceartúcháin treoluais sreafa ag teastáil?
Toisc nach bhfuil an dáileadh treoluas i bpíobán foirfe aonfhoirmeach, níl an treoluas a thomhaistear feadh chonair fhuaimiúil aonair comhionann leis an meántreoluas trasghearrtha. Nascann fachtóir ceartúcháin an dá cheann.
Cad iad na fachtóirí a mbíonn tionchar acu ar chruinneas tomhais sreabhadh gáis ultrasonaic?
I measc na bpríomhfhachtóirí tá saobhadh próifíle treoluas, coinníollacha suiteála, uimhir Reynolds, comhdhéanamh gáis agus luas fuaime, athruithe teochta agus brú, agus earráidí próiseála comhartha.
