Ультразвуковые расходомеры. Расходомеры частотные

 

Ультразвуковые расходомеры. Расходомеры частотные


Ультразвуковые расходомеры делятся на:

  • фазовые
  • частотные.

Рассмотрим поробнее 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 показана на риунке.Ультразвуковой частотный расходомер. Схема

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 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.