Doppler oqim o'lchagichlari Doppler effektidan foydalanadi, ya'ni harakatlanuvchi ob'ekt tomonidan chiqarilgan yoki aks etgan to'lqinlar natijasida paydo bo'lgan chastota o'zgarishi.
Dopler effektining keng tarqalgan hodisasi - bu harakatlanayotgan transport vositasidan shoxlar to'g'risidagi hisobot chastotasining o'zgarishi: transport vositasi tinglovchiga yaqinlashganda, shoxning balandligi odatdagidan yuqori bo'lib ko'rinadi; transport vositasi tinglovchidan o'tib ketishni boshlaganda, shoxning piyodasi to'satdan past chastotaga "pastga siljiydi".
Aslida, shoxning chastotasi hech qachon o'zgarmaydi, lekin statsionar tinglovchiga nisbatan yaqinlashib kelayotgan transport vositasining tezligi havodagi sonik tebranishlarni "siqish" uchun ishlaydi. Transport vositasi uzoqlashganda, ovoz to'lqinlari tinglovchi nuqtai nazaridan "cho'ziladi".
Xuddi shu ta'sir, agar tovush to'lqini harakatlanayotgan narsaga qaratilgan bo'lsa va aks sado chastotasi uzatiladigan (voqea) chastotasi bilan taqqoslansa. Agar aks ettirilgan to'lqin pufakchadan ultratovush transduser tomon yo'nalgan bo'lsa, aks ettirilgan chastota voqea chastotasiga qaraganda katta bo'ladi.
Agar oqim yo'nalishni o'zgartirsa va aks ettirilgan to'lqin transduserdan uzoqroq bo'lgan qabariqdan qaytsa, aks ettirilgan chastota voqea chastotasiga qaraganda kamroq bo'ladi.
Bu avtoulov tinglovchisiga yaqinlashganda va transport vositasi tinglovchidan uzoqlashganda kamayib borayotganday, avtoulov shoxi piyodasi fenomeniga mos keladi.
Doppler oqim o'lchagichi chastota o'zgarishini o'lchaydigan va suyuqlikning tezligini shu siljish kattaligidan o'lchab, oqim oqimidagi kabarcıklardan yoki zarracha materiallardan tovush to'lqinlarini uradi.
Ultrasonik oqim o'lchagich - Doppler oqim o'lchagichi
Oqim oqimida tovush to'lqinlarini aks ettirish uchun etarlicha katta ob'ektlar bo'lishi kerakligi uchun talab suyuqlikni qo'llash uchun Dopler ultrasonik oqim o'lchagichlarini cheklaydi.
Atmosfera va oqova suvlar singari "iflos" suyuqliklar yoki ko'p miqdordagi gaz pufakchalarini olib keladigan suyuqliklar (masalan, gazlangan ichimliklar) ushbu texnologiya uchun yaxshi talab qilinadigan suyuqliklardir.
Har qanday gaz oqimida suyuq tomchilar yoki qattiq akslarni kuchli aks-sadolarni aks ettiradigan katta hajmdagi suyuqliklar tashiydi, deb taxmin qilish mumkin emas, shuning uchun gaz oqimini o'lchash uchun Dopler oqim o'lchagichlaridan foydalanib bo'lmaydi.
Suyuqlik tezligi (v) va Dopler chastotasining o'zgarishi (Δf) o'rtasidagi matematik bog'liqlik suyuqlik tezligi uchun ushbu suyuqlik (v < c)="" orqali="" tovush="" tezligidan="" ancha="">
Qayerda,
Δf = Dopler chastotasining o'zgarishi
v = suyuqlikning tezligi (aslida, tovush to'lqinini aks ettiruvchi zarrachaning)
f = Hodisa tovush to'lqinining chastotasi
θ = Konverter va quvur markazlari orasidagi burchak
c = Jarayon suyuqligidagi ovoz tezligi
Shuningdek qarang: Ultrasonik oqim o'lchagich animatsiyasi
Doppler effekti transduser tomonidan qabul qilingan har bir echo orqali suyuqlik tezligini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash qanday bo'lishiga e'tibor bering.
Bu vaqt o'chirilgan yorug'lik asosida masofani o'lchashda keskin farq qiladi (vaqt domeni refleometri - voqea pulsi va qaytarilgan aksning orasidagi vaqt transduser va aks etuvchi yuza orasidagi masofaga mutanosib).
masalan, ultratovushli suyuqlik darajasini o'lchashda. Doppler oqim o'lchagichida hodisa va aks ettirilgan impulslar orasidagi vaqtning kechikishi ahamiyatsiz. Voqea va aks ettirilgan signallar orasidagi chastota o'zgarishi faqat muhimdir.
Ushbu chastota siljishi, shuningdek, oqim tezligiga to'g'ridan-to'g'ri mutanosib ravishda Doppler ultrasonik oqim o'lchagichni chiziqli o'lchash moslamasiga aylantiradi.
Tezlikni echish uchun Dopler chastotasini o'zgartirish tenglamasini qayta tuzing (v < c="" deb="" faraz="">
Volumetrik oqim tezligi trubaning maydoniga va suyuqlikning o'rtacha tezligiga (Q = Av) teng ekanligini bilib, hisoblangan oqim tezligini (Q) to'g'ridan-to'g'ri echish uchun tenglamani qayta yozamiz:
Dopplerning ultratovushli oqimini o'lchashda juda muhim e'tibor shundaki , oqim o'lchagichni sozlash suyuqlik (c) orqali ovoz tezligiga qarab o'zgaradi.
Yuqoridagi tenglamada c ning mavjudligi yaqqol ko'rinib turibdi: c oshgani sayin, anyf har qanday sobit volumetrik oqim tezligi uchun mutanosib ravishda kamayishi kerak.
Oqim o'lchagich oqim tezligini Δf nuqtai nazaridan to'g'ridan-to'g'ri talqin qilish uchun ishlab chiqilganligi sababli, S ning ko'payishi Q ning pasayishi sifatida qayd etiladi.
Bu shuni anglatadiki, suyuqlik uchun tovush tezligi aniq aniqlanishi kerak, bu Dopplerning ultrasonik oqim o'lchagichida oqimni aniq o'lchashi uchun kerak.
Har qanday suyuqlik orqali tovush tezligi bu muhitning zichligi va ommaviy modulining vazifasidir (u qanchalik oson siqadi):
Qayerda,
c = materialdagi ovoz tezligi (soniyasiga metr)
B = To'plangan modul (kvadrat metr uchun paskallar yoki nyutonlar)
ρ = suyuqlikning massa zichligi (kubometr uchun kilogramm)
Harorat suyuqlik zichligiga ta'sir qiladi, tarkibi (suyuqlikning kimyoviy tarkibi) quyma modulga ta'sir qiladi. Shunday qilib, harorat va tarkibi ikkalasi ham Dopler ultrasonik oqim o'lchagichni kalibrlash uchun ta'sir qiluvchi omildir.
Bosim bu erda tashvishlantirmaydi, chunki bosim faqat gazlarning zichligiga ta'sir qiladi va biz allaqachon Doppler oqim o'lchagichlari faqat suyuqlik bilan ishlashini bilamiz.
Pufakchalarni yoki etarli hajmdagi zarralarni talab qilish mavzusiga rioya qilgan holda, Dopplerning ultratovushli oqim o'lchagichlarining yana bir cheklanishi bu juda toza va juda bir hil bo'lgan suyuqliklarning oqim tezligini o'lchashga qodir emasligidir. Bunday dasturlarda tovush to'lqinlarining aks etishi ishonchli o'lchash uchun juda zaif bo'ladi.
Qattiq zarralar suyuqlik tezligiga juda yaqin tovush tezligiga ega bo'lganda ham shunday bo'ladi, chunki aks ettirish faqat tovush to'lqini tovushning sezilarli darajada farq qiladigan tezligiga ega materialga duch kelganda sodir bo'ladi.
Doppler tipidagi ultrasonik oqim o'lchagichlar biz kuchli ovoz to'lqinlarining aksini ololmaydigan dasturlarda foydasiz.
Ba'zan kontrpropagatsiya oqim o'lchagichlari deb ataladigan tranzit vaqt o'lchagichlari Doppler ultrasonik oqim o'lchagichlariga alternativa hisoblanadi.
Tranzit vaqtidagi ultratovush oqim o'lchagich suyuqlik oqimiga qarshi harakatlanadigan tovush pulsi bilan suyuqlik oqimi bilan boradigan tovush pulsi o'rtasidagi vaqt farqini o'lchash uchun bir-biriga qarama-qarshi bo'lgan sensorlardan foydalanadi.
Suyuqlikning harakati tovush to'lqini bo'ylab harakatlanishga moyil bo'lgani uchun, pastga yo'naltirilgan tovush pulsi yuqoriga yo'naltirilgan tovush pulsiga nisbatan tezroq harakat qiladi:
Tranzit vaqt oqim o'lchagichlari
Tranzit vaqt o'lchagich orqali hajmli oqim tezligi yuqori va pastki oqimlarni tarqalish vaqtlarining oddiy vazifasidir:
Qayerda,
Q = Hisoblangan hajmli oqim tezligi
k = mutanosiblik doimiyligi
t up = Tovush pulsining pastki oqimdan yuqoriga qarab joylashgan joyiga (yuqoriga, oqim qarshi) o'tish vaqti.
t pastga = Tovush pulsatsiyasining yuqoridan yuqoridan pastga yo'nalishda (oqim bilan, oqim bilan) o'tish vaqti
Tranzit vaqt tezligini o'lchashning qiziqarli xususiyati shundaki, tranzit vaqt farqining tranzit vaqt mahsulotiga nisbati suyuqlik orqali tovush tezligining o'zgarishi bilan doimiy bo'lib qoladi.
Agar buni o'zingiz isbotlamoqchi bo'lsangiz, buni yo'l uzunligini (L), suyuqlik tezligini (v) va ovoz tezligini (c) oqim formulasidagi vaqtga almashtirish orqali qilishingiz mumkin. O'zingizning o'rningiz sifatida tup = L / (c − v) va tdown = L / (c + v) dan foydalaning, keyin barcha c shartlari bekor qilinmaguncha oqim formulasini algebraik ravishda kamaytiring. Sizning yakuniy natijangiz Q = 2kv / L bo'lishi kerak.
Ushbu tenglama yo'l uzunligi (L), suyuqlik tezligi (v) va tovush tezligi (c) nuqtai nazaridan qaralganda, tenglama Q = 2kv / L ga soddalashadi, bu o'tish davri oqim o'lchagichi xuddi chiziq singari chiziqli ekanligini isbotlaydi. Suyuqlikning tovush tezligidagi o'zgarishlarga qarshi immunitetga ega bo'lish afzalligi bilan Doppler oqim o'lchagichi.
Suyuqlik tarkibidagi o'zgarishlar yoki tarkibiy, harorat yoki bosim o'zgarishi natijasida zichlikning o'zgarishi natijasida hosil bo'lgan ommaviy modulning o'zgarishi tranzit vaqtidagi oqim o'lchagichning aniqligiga kam ta'sir qiladi.
Tovush tezligining o'zgarishiga nafaqat tranzit vaqtidagi ultrasonik oqim o'lchagichlari immunitetga ega, balki ular ovoz tezligini oqim tezligidan mustaqil ravishda ham o'lchashga qodir.
Yuqoridan va pastdan oqimning tarqalish vaqtiga asoslangan tovush tezligini hisoblash uchun tenglama quyidagicha:
Qayerda,
c = suyuqlikdagi ovozning hisoblangan tezligi
L = Yo'l uzunligi
t up = Tovush pulsining pastki oqimdan yuqoriga qarab joylashgan joyiga (yuqoriga, oqim qarshi) o'tish vaqti.
t pastga = Tovush pulsatsiyasining yuqoridan yuqoridan pastga yo'nalishda (oqim bilan, oqim bilan) o'tish vaqti
Oqim o'lchashning bevosita maqsadi uchun zarur bo'lmagan yoki ayniqsa ahamiyatli bo'lsa ham, suyuqlikning tovush tezligini aniqlash bu diagnostika vositasi sifatida foydalidir. Agar suyuqlik uchun haqiqiy tovush tezligi namunani to'g'ridan-to'g'ri laboratoriya yordamida yoki namunani kimyoviy tahlil qilish orqali ma'lum bo'lsa, bu tezlikni oqim o'lchagichning mutlaq tranzit vaqtini o'lchash aniqligini tekshirish uchun oqim o'lchagichning xabar qilingan tezligiga solishtirish mumkin. . Datchiklar ichida yoki sensor elektronikada ba'zi muammolar shu tarzda aniqlanishi mumkin.
Tranzit vaqtidagi ultrasonik oqim o'lchagichining ishonchli ishlashi uchun talab qilinadigan narsa, bu suyuqlik gaz pufakchalari yoki ovoz to'lqinlarining tarqalishiga yoki to'sqinlik qilishi mumkin bo'lgan qattiq zarrachalarga ega emas.
E'tibor bering, bu Dopplerning ultrasonik oqim o'lchagichlarining teskari talabidir, bu tovush to'lqinlarini aks ettirish uchun pufakchalar yoki zarralarni talab qiladi.
Ushbu qarama-qarshi talablar tranzit vaqtidagi oqim o'lchagichlari uchun mos keladigan dasturlarni Doppler oqim o'lchagichlari uchun mos keladigan dasturlardan aniq ajratib turadi, shuningdek, gaz oqimlarida ham, suyuqlik oqimlarida ham tranzit vaqtdagi ultratovushli hisoblagichlardan foydalanish imkoniyatini oshiradi.
