ГОСТ 8.611-2013 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Расход и количество газа. Методика (метод) измерений с помощью ультразвуковых преобразователей расхода

     6.2 Метод измерений расхода и объема газа при рабочих условиях

Измерение объемного расхода и объема газа при рабочих условиях выполняют с помощью УЗПР, принцип действия которых основан на зависимости разности времен прохождения ультразвукового импульса по и против течения газа между ПЭА от средней скорости газа вдоль акустического пути.

На рисунке 1 приведена схема одноканального УЗПР.

Рисунок 1 - Схема одноканального УЗПР с ПЭА, размещенными в стенке его корпуса

На обеих сторонах корпуса УЗПР в положениях А и Б размещены ПЭА, передающие и принимающие ультразвуковые импульсы. Если расход газа равен нулю, то время прохождения ультразвукового импульса, направленного от точки А в точку Б, будет равно времени прохождения ультразвукового импульса, направленного от точки Б в точку А. Если расход газа не равен нулю, то время прохождения ультразвукового импульса (), направленного от точки А в точку Б, будет убывать, а время прохождения ультразвукового импульса (), направленного от точки Б в точку А, - возрастать. В первом приближении время прохождения ультразвукового импульса может быть вычислено по формулам [4]:

;                                            (1)

     
,                                            (2)

где , , , - см. рисунок 1.

Если расстояние равно (см. рисунок 1), то формулы (1) и (2) примут вид:

;                                        (3)

     
.                                        (4)

Решая систему уравнений, состоящую из формул (1) и (2) или (3) и (4) относительно и , получим следующие формулы для расчета средней скорости потока газа вдоль акустического пути и скорости звука в газе:

;                                             (5)

     
.                                             (6)

В случае применения УЗПР, у которых ПЭА накладываются на наружную поверхность ИТ, ультразвуковой импульс попадает во внутреннюю полость ИТ, после того как проходит через ПЭА и стенку ИТ. При этом ультразвуковой луч преломляется при пересечении границ между ПЭА и ИТ, между ИТ и газом, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема одноканального УЗПР с ПЭА, размещенными на наружной поверхности ИТ

В связи с этим обстоятельством применение УЗПР, у которых ПЭА накладываются на наружную поверхность ИТ, имеет следующие особенности:

- расчет времен прохождения ультразвукового импульса и должен проводиться с учетом времени задержки ультразвукового импульса в ПЭА и в стенке ИТ;

- расстояние зависит от фазовой скорости ПЭА, толщин и материалов ИТ.

Примечание - Настоящий стандарт не предусматривает использование УЗПР с накладными ПЭА на трубопроводах, имеющих облицовку внутренней поверхности, так как это приводит к возникновению дополнительной погрешности измерений, значение которой зависит от трудноконтролируемых факторов (толщина облицовки, скорость распространения звука в материале облицовки и т.д.).

Для расчета времени задержки и расстояния используют измеренные фазовую скорость ПЭА, толщину стенки ИТ, скорости распространения звука в ПЭА, в стенке ИТ и в газе, а также закон преломления ультразвуковой волны на границе сред