Скачать: ultrazvukovye_raskhodomery_delyatsya_na.zip [77,62 Kb] (cкачиваний: 13)

Ультразвуковые расходомеры делятся на:

• фазовые
• частотные.

расходомеры частотные.

Принцип действия этих расходомеров основан на измерении частот импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, направляемых одновременно по потоку и против него.

Принципиальная схема частотного расходомера

От модуляторов М колебания подводятся к пьезоэлементам (излучатели), пьезоэлементы являются приемниками ультразвуковых колебаний, прошедших через поток измеряемого вещества.

Время распространения ультразвуковых колебаний на расстояние l от излучателей до приемников будет обратно пропорционально алгебраической сумме скорости звука в среде и составляющей скорости потока по направлению распространения ультразвука. Это время для пьезоэлементов соответственно будет зависеть от физических свойств протекающего вещества (температуры, плотности, наличия взвешенных частиц и пузырьков газа и т. п.). Для устранения этого применяют выходные блоки, обеспечивающие вычитание величин, об ратных фазовым сдвигам:

Для создания серии высокочастотных колебаний, имеющих периоды t, используется блок-модулятор, работающий в триггерном режиме: он либо отпирается, подводя колебания к излучателям, либо запирается, прекращая подачу колебаний. Если в данный момент времени излучатель создает в потоке вещества колебания, то по истечении времени, требующегося на преодоление расстояния d, они попадают на приемник. Полученный электрический сигнал усиливается, детектируется и подается на модулятор, который запирается и остается запертым в течение всего времени, пока приемник воспринимает колебания.

После прекращения приема модулятор отпирается и вновь пропускает колебания. Таким образом создается периодическое повторение серии высокочастотных колебаний, равных по длительности времени прохождения ультразвука через поток вещества.

В рассматриваемой схеме две одинаковые колебательные системы подключены к четырем пьезоэлементам-преобразователям, причем частоты их модулированных колебании будут обратно пропорциональны соответствующим временам прохождения ультразвуковых колебаний через поток вещества.

Из последнего выражения видно, что при данном способе измерения исключается влияние параметров вещества на результат измерения.

Диапазон измерения расхода приборами данного типа теоретически не ограничен.

В таких приборах средняя частота модулированных колебаний обычно составляет 5 кгц, а разность частот лежит в интервале 10 до 50 гц. Таким образом, измерение расхода сводится к определению малой разности между двумя большими значениями частот, измерять которую с достаточной точностью можно лишь прибором с большой постоянной времени. Применение такого прибора для измерения малых скоростей, а также для целей управления или авторегулирования, где требуется быстродействие, затруднительно.

Для уменьшения нижнего предела измерения и для увеличения точности измерения при сохранении быстродействия применяют схемы, в которых измеряются не основные частоты повторения импульсов, а частоты их гармоник. Если подавать на блок измерения разности частот n-е гармоники основных частот, чувствительность прибора возрасте в п раз.

Различные схемы ультразвуковых расходомеров позволяют производить измерение как малых, так и больших расходов стационарных и быстро меняющихся потоков вещества.

Основными погрешностями ультразвуковых расходомеров являются, во-первых, температурные погрешности, обусловленные тем что скорость распространения ультразвука в звукопроводах и измеряемой среде много больше измеряемой скорости и даже незначительные температурные изменения скорости ультразвука могу вызвать значительные погрешности; во-вторых, погрешности, обусловленные асимметрией параметров ультразвуковых каналов (длины звукопроводов, эллипсоидальность трубопровода, величина углов между направлениями ультразвуковых «лучей» и осью трубопровода и т. п.).

Фазовые схемы ультразвуковых расходомеров могут применяться для измерения быстропеременных расходов, а также для измерения расходов загрязненных жидкостей в трубопроводах больших сечений.

Частотные схемы используются для измерения расходов чистых жидкостей в трубопроводах малых сечений.

Действие ультразвуковых расходомеров основано на том, что фактическая скорость распространения ультразвука в движущей среде равна геометрической сумме средней скорости движения среды и собственной скорости звука в этой среде.

Принцип действия фазовых расходомеров основан на измерении сдвига фаз между ультразвуковыми колебаниями, направленными попеременно по потоку против него.

Схема фазового расходомера

На патрубке, по которому протекает измеряемое вещество, расположены пьезоэлементы 2, 3 и 4 Генератор 1 ультразвуковых колебаний возбуждает пьезоэлемент 2, который является излучателем. Пьезоэлементы 3 и 4 являются приемниками ультразвуковых колебаний, прошедших через жидкость.

При измерении быстро меняющихся расходов применяются электронные коммутаторы, так как требуется большое число переключений в единицу времени.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров время-импульсного типа основан на измерении величины задержки прохождения импульсов ультразвуковых сигналов по потоку и против него за счет сноса сигнала движущимся потоком...

Измерение разности времен, проводимое в интервалах времени, измеряемых микросекундами, позволяет вычислить скорость потока. Если сложить времена прохождения сигнала в разных направлениях, то можно вычислить скорость ультразвука в среде. Скорость звука зависит от температуры, давления и состава жидкости. Его измерение даёт возможность контролировать стабильность характеристик потока, увеличивая точность измерения. Такой принцип измерений обеспечивает высокую точность (±1%) измерений.

Расходомерсостоит из пьезоизлучателей, прикрепленных к трубопроводу и микропроцессорного контроллера-вычислителя. В первом цикле работы микропроцессорный контроллер посылает короткий импульс ультразвукового сигнала с несущей частотой около 1 МГц против направления потока. Скорость его распространения ниже скорости ультразвука в воде за счет обратного сноса фронта волны встречным потоком. Микропроцессорный контроллер измеряет время задержки распространения импульса против потока и посылает следующий высокочастотный импульс в направлении потока. Скорость распространения импульса в этом случае выше скорости ультразвука в воде за счет сноса фронта волны по потоку. Разность времени распространения ультразвукового сигнала в этом случае пропорциональна величине расхода:

G = s*(3,14D2 / 4) х (Т против потока – Т по потоку),

где s – коэффициент пропорциональности;

D – диаметр трубопровода;

Т против потока – время распространения импульса ультразвукового сигнала против потока;

Т по потоку – время распространения импульса ультразвукового сигнала по потоку.

временаt_d и t_u могут быть представлены в виде:

где cскорость звука в жидкости, V скорость потока жидкости, L расстояние между датчиками и угол между направлением потока и линией между датчиками.

Разницаt_d и t_u это

где Xпроекция пути на трубопровод (X = L cos).

Поскольку скорость V многократно меньше c, можно представить, .

И мы имеем

или,

Поскольку скорость звука c зависит от температуры и других факторов. Выведем выражение для c в зависимости от t_d и t_u:

Скорость звука c теперь

Теперь скорость звука выражается функцией от (L, X) и измеренными временами t_u и t_d.

Текущую формулу очень точно можно представить:

Скорость потока жидкости в ультразвуковом расходомере теперь: