Contatori ad ultrasuoni - principio di funzionamento della portata

 Nel contatore di calore ad ultrasuoni la portata non viene misurata con parti meccaniche (come nei contatori a turbina), ma tramite il principio del tempo di transito (Time of Flight) di un segnale ultrasonico.

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Struttura del sensore

All’interno del misuratore di portata sono presenti:

• Due trasduttori piezoelettrici montati nel corpo in ottone o materiale composito.

• Un canale di misura attraversato dal fluido (acqua tecnica).

• Un’elettronica che misura differenze di tempo nell’ordine dei nanosecondi.

I due trasduttori funzionano alternativamente come:

• emettitore

• ricevitore

Principio fisico: differenza dei tempi di transito

Gli ultrasuoni viaggiano nel fluido con una velocità $c$.

Quando il fluido è fermo:

$$t_{andata}=t_{ritorn\mathrm{o}}$$

Quando il fluido scorre con velocità $v$:

• Il segnale a favore di flusso arriva prima.

• Il segnale contro flusso arriva dopo.

Si generano quindi due tempi diversi:

$$t_1 = \frac{L}{c + v}$$ $$t_2 = \frac{L}{c - v}$$

La differenza tra i due tempi (Δt) è proporzionale alla velocità del fluido:

$$\mathrm{\Delta }t\propto v$$

Da qui l’elettronica ricava:

1. Velocità del fluido

2. Portata volumetrica (m³/h) tramite:

$$Q = v \cdot A$$

$$(dove\; A\; è\; la\; sezione\; interna\; del\; tubo)$$