Ультразвуковые допплеровские расходомеры

В их работе используется эффект Доплера. Его сущность: частота отраженных от движущегося тела ультразвуковых колебаний зависит от скорости и направления движения этого тела (рис. 13).

Если тело не подвижно, то частота поступающих к нему от источника колебаний не изменяется (рис. А). Если же тело движется в направлении ИИ, то частота увеличивается, в противном случае, когда тело удаляется от источника, частота колебаний уменьшается. На этом принципе создается большое число расходомеров. Причем в основном они применяются для контроля расхода дисперсных сред, то есть сред, содержащих частички (рис. 14).

Расходомер содержит пьезоэлектрический ИИ и такой же ПИ. Они подключены к устройству измерения и обработки информации. Электрический сигнал от него подводится в виде электрических колебаний к ИИ, который создает высокочастотные акустические колебания. Эти колебания направляются в поток и отражаются от частиц, находящихся там. Ультразвук отражается от частиц, и отраженный сигнал попадает в приемник излучения. Разница частот между посылаемым сигналом и принимаемым – допплеровская частота сдвига. В данном случае, так как частица удаляется от ИИ, f1>f2. На нашей схеме допплеровская разность частот определяется формулой 1. В формуле wзв – скорость звука. После преобразований формулы 2 с учетом зависимости между объемным расходом и скоростью, атаке с учетом характера течения, что определяется коэффициентом m, получаем формулу, из которой следует. Что между частотой fд и объемным расходом имеет место пропорциональная зависимость. Такие расходомеры выпускаются для трубопроводов диаметром от 12мм до 2м. Погрешность для жидкостей 2.

Вихревые расходомеры

Принцип действия основан на явлении возникновения вихрей определенной частоты за некоторой преградой, установленной в потоке (рис. 15).

Эффект, который используется в работе этих приборов, открыт в 19 веке. Обычно в трубопроводе располагается тело оптекания 2. При движении жидкости или газа около острых краев этого тела периодически от его граней отрываются вихри, которые затем распространяются в потоке и образуют дорожку кармена. Возникающие вихри создают пульсации давления, которые воспринимаются пьезоэлектрическим преобразователем 3, который преобразует их в электрический сигнал и посылает на вычислительное устройство 4. Справа на рисунке показано расположения тела оптекания в потоке 1. Между частотой вихрей и объемным расходом существует пропорциональная зависимость. Если в потоке существенно изменяется плотность, надо использовать дополнительные датчики 5 и 6 давления и температуры, которые обеспечивают коррекцию сигнала такого расходомера по названным параметрам. Трубопровод должен быть диаметром 32-250мм. Класс точность для жидких сред 0,6, для газов 2.

Вихре-аккустические расходомеры (рис. 16).

Принцип действия аналогичен предыдущему. Отличие – вихревые колебания, возникающие за телом оптекания измеряются с помощью дополнительного ультразвукового измерительного устройства, состоящего из ИИ и ПИ. Здесь источник создает ультразвуковые колебания с частотой 1МГц, который направлен по диаметру трубопровода, а ПП воспринимает эти колебания и преобразует их в электрические. Из-за пульсации давления возникающих вихрей, ультразвуковые колебания оказываются промодулированы колебаниями, которые создаются в дорожке кармена. В данном случае возникающие в потоке ИИ и принимаемые ПИ высокочастотные колебания модулируются низкочастотными колебаниями, возникающими за счет изменения плотности среды в вихрях. Затем в устройстве обработки 4 высокочастотная составляющая фильтруется и выделяется низкочастотные колебания, которые соответствуют частоте вихря. Зависимость частоты этих колебаний от расхода такая же. Область применения идентична.