Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры отличаются быстродействием, помехоустойчивостью, высокой точностью, большим диапазоном измерения.

Ультразвуковой расходомер УЗР-В предназначен для автоматического измерения объемного количества и объемного расхода жидкостей с коэффициентом затухания акустических волн на частоте 1 МГц не более 7 дБ/м. Принцип действия прибора основан на изменении скорости распространения ультразвукового сигнала в движущейся среде в зависимости от значения составляющей скорости этой среды в направлении распространения ультразвукового сигнала.

По выбору заказчика каждый расходомер может быть настроен на один из пределов измерения, указанных для соответствующего диаметра. Нижний предел измерения равен нулю. Температура контролируемой жидкости от -60 до +120 °С, давление не более 6 МПа, скорость не менее 0,3 см/с. Расходомер имеет частотный выход и 2 выхода постоянного тока 0-5 мА. Погрешность измерения в режиме измерения расхода по частотному выходу не более 0,5 %, по токовому выходу не более 1,0 %, в режиме измерения количества - 0,3 %.

В комплект расходомера входят измерительно-управляющий прибор и два пьезодатчика. Первичным преобразователем ультразвукового расходомера является отрезок трубы, на котором под углом a к ее оси установлены два пьезоэлектрических датчика (рис.12). При сжатии и растяжении в определенных направлениях пьезоэлементов на их поверхностях возникают электрические заряды. Если к этим поверхностям приложить разность электрических потенциалов, то пьезоэлемент растянется или сожмется в зависимости от того, на какой из этих поверхностей будет больше напряжения. Это явление называется обратным пьезоэффектом. Оно лежит в основе работы излучателей ультразвуковых колебании, преобразующих переменное электрическое напряжение в механические колебания той же частоты. Приемники, преобразующие эти колебания в переменное электрическое напряжение, работают на прямом пьезоэффекте. Каждый из двух пьезоэлементов по очереди является излучающим и приемным, с помощью высокочастотных кабелей они соединяются с измерительно-управляющим прибором.

Рис.12. Структурная схема ультразвукового расходомера УЗР-8

Основным функциональным узлом измерительно-управляющего прибора 2 является субпанель измерения 1, которая содержит два синхрокольца. Импульс с выхода формирователя запускающих импульсов 3 поступает на пьезоэлектрический первичный преобразователь 1, который излучает короткий ультразвуковой сигнал. Этот сигнал проходит через контролируемую среду и принимается пьезоэлектрическим датчиком 2 через время, зависящее от расстояния между датчиками L и разности с-u1, где с - скорость ультразвука в контролируемой среде; u1 - проекция вектора скорости v контролируемой среды на направление распространения ультразвукового сигнала. Принятый ультразвуковой импульс усиливается блоком 4 и поступает на формирователь запускающих импульсов 3 который вновь формирует импульс, поступающий на преобразователь 1. Процесс прохождения сигнала повторяется, благодаря чему возникает автоциркуляция импульсов в первом (ведущем) синхрокольце.
Аналогично работает второе синхрокольцо. В этом случае импульс с выхода формирователя запускающих импульсов 5 поступает на пьезоэлектрический преобразователь 2, который излучает короткий ультразвуковой сигнал. Этот сигнал проходит через контролируемую среду и принимается пьезодатчиком 1 через время, зависящее от расстояния между датчиками и суммы с + u1. Принятый пьезодатчиком 1 ультразвуковой импульс усиливается блоком 4 и поступает на формирователь запускающих импульсов 5, который вновь формирует импульс, поступающий на пьезоэлектрический преобразователь 2. В результате повторения процесса прохождения сигналов возникает автоциркуляция импульсов во втором (ведомом) синхрокольце. Оба синхрокольца одновременно работают в одном электроакустическом канале. Отличие ведомого синхрокольца от ведущего состоит в том, что в состав формирователя импульсов 5 входит схема контроля совпадения рабочих импульсов обоих синхроколец и восстановления работы ведомого синхрокольца со сдвигом на полпериода.
Работой синхроколец управляет блок 6, обеспечивающий необходимую их синхронизацию. С помощью системы автоподстройки блок 6 управляет работой генераторов импульсов 7 и 8. Импульсы с выходов управляемых генераторов 7 и 8 связаны по частоте и фазе с импульсами ведущего и ведомого синхроколец, но частоты следования их выше частот следования импульсов синхроколец в 200 раз. Последовательности импульсов от управляемых генераторов 7 и 8 поступают на смеситель 9, выделяющий разностную частоту, которая линейно зависит от скорости жидкости u в трубопроводе и не зависит от скорости ультразвука в контролируемой среде, а значит не зависит от изменения ее физических свойств.

Последовательность импульсов разностной частоты с выхода смесителя 9 через масштабный преобразователь 10 подается на аналоговый преобразователь 12, который преобразует частоту в аналоговый сигнал, поступающий на стрелочный индикатор расхода 13. 6-разрядный электромеханический счетчик импульсов 11 позволяет контролировать количество жидкости, прошедшей по трубопроводу.

В приборе имеется система встроенного контроля, обеспечивающая индикацию исправной работы, нарушения работы прибора и опорожнения трубопровода.
В месте установки расходомера должен быть прямой участок трубы длиной не менее 5 диаметров до первичного преобразователя и не менее 3 диаметров после него.

Дата добавления: 2015-08-13