<<
>>

Ультразвуковые расходомеры

В основе работы этих расходомеров лежат разные эффекты, сопровождающие распространение ультразвука в газах и жидкостях. Ультразвук – упругие колебания, которые распространяются в жидкой, твердой или газообразной среде и имеют частоту более 20кГц.

На рисунке а) показана прямоходная схема. Источник и приемник излучения поочередно меняются функциями. Сначала от источника излучения (ИИ) посылается сигнал, направление которого совпадает с направлением потока. Потом функции меняются, происходит излучение в обратном порядке, через скорость звука вычисляется скорость движения потока. На рсиунке б) представлена схема расходомера с наклонным ИИ и ПИ. На рисунке в) – с многоходным распространением ультразвукового луча. Он применяется для повышения чувствительности. Такие схемы подразумевают врезку в трубопровод. Более совершенными являются накладные расходомеры, показанные на рисунке г). ИИ и ПИ располагаются на поверхности трубопровода. Ультразвук проходит через стенку. Для этого на поверхности трубопровода фрезеруется площадка 4, где находится наклонный преобразователь. Между пластиной 1 и трубопроводом 2 располагается иммерсионная жидкость. Она нужна для уменьшения окружающего сопротивления.

Ультразвуковой расходомер с наклонными преобразователями

В таких расходомерах ИИ и ПИ подключены к измерительному устройству (ИУ), где есть генератор электрических колебаний и усилитель. Первый создает электрические высокочастотные колебания, которые могут посылаться к ИИ или ПИ. Сначала сигнал от генератора посылается к ИИ. Формируется ультразвуковой сигнал, который распространяется к ПИ. Скорости звука складываются с составляющей скорости потока, а время распространения звука описывается формулой 1.

Причем соотношение между D и L определяются формулой 3. Длительность импульса не велика и составляет 0,01 от общего времени движения. Затем ПИ и ИИ меняются функциями. От ИУ к ПИ подается сигнал от генератора. Как видно из рисунка тут Wзв и Wо направлены противоположно, поэтому время распространения звука больше и описывается формулой 2. После преобразованя получаем формулу 5 и 6, затем находим t2-t1. С учетом того, что Wср и Q связаны формулой 7, получаем формулу 9. Величина m определяет зависимость между Wср и измеряемой скоростью потока и зависит от характера течения жидкости. Для таких расходомеров используют несколько схем измерения сигнала. Эта схема временная, она чаще всего применяется.

Ультразвуковой расходомер с коррекцией сигнала по плотности потока

Известно, что скорость звука и ультразвука зависит от плотности газов или жидкости, поэтому при изменении плотности измеряемого потока, сигнал расходомера может изменяться, так как в коэффициент преобразования входит скорость звука. Для исключения влияния этого фактора на результат измерений используют специально дополнительные схемы, позволяющие измерять плотность потока (рис. 12).

Для коррекции сигнала ультразвукового расходомера используется анализатор плотности. Он содержит ИИ, ПИ и электронный усилитель Ус. Первые два устройства представляют собой прямые пьезоэлектрические преобразователи. Включаются они к усилителю с положительной ОС. Итак, приемник и источник колебаний, и Ус составляют генератор, частота колебаний которого зависит от плотности потока. Выходной частотный сигнал поступает в вычислительное устройство ВУ. Это позволяет корректировать коэффициент преобразования с учетом изменяющейся плотности.

Рассмотренные расходомеры позволяют измерять расход на трубопроводах диаметром от 12мм до 2м. Погрешность для жидкостей 1, для газов 5, если расходомеры врезные, а для расходомеров с накладными элементами это 2 и 5.

<< | >>
Источник: Автоматизация производственных процессов. Лекции. Часть 2. 2011

Еще по теме Ультразвуковые расходомеры: