2.2.4.3 Принцип дії і різновиди витратомірів з коливаннями, спрямованими за потоком і проти нього

Ультразвукові витратоміри поділяються на:

        однопроменеві, або одноканальні;

        двопроменеві, або двоканальні.

У першому випадку існує тільки два п’єзоелементи, кожний з яких по черзі є випромінюючим і приймальним, у другому  чотири п’єзоелементи, з яких два є випромінюючими, а два приймальні, що утворюють два незалежних канали передачі ультразвукових коливань, фазові витратоміри виготовляються як однопроменеві, так і двопроменеві. Частотні і часоімпульсні бувають двопроменевими.

Сам ультразвуковий лічильник являє собою вимірювальний пристрій, що складається з давачів, розташованих уздовж стінки труби. Давачі встановлюються в трубопровід за допомогою механізму, що виключає проникність газу.

Ультразвукові імпульси по черзі випромінюються одним давачем і приймаються іншим. На рисунку 2.17 показана проста геометрія двох давачів “А” і “В”, розташованих під гострим кутом φ стосовно осі прямої циліндричної труби діаметром D.

Рисунок 2.17  Давачі, розташовані під гострим кутом φ стосовно осі прямої циліндричної труби.

Головними елементами первинних перетворювачів є п’єзоелементи, що перетворюють перемінну електричну напругу в ультразвукові коливання.

Ультразвукові витратоміри по чисельності акустичних променів підрозділяються на однопроменеві, двопроменеві і багатопроменеві. Багатопроменеві ультразвукові витратоміри застосовуються за необхідності виміру витрати потоку з кінематичною структурою і досягненні підвищеної точності.

У США при випробуванні ультразвукових лічильників була проведена імітація відмови однієї або декількох пар давачів однократного відображення сигналу від стінки не знайшла помітного збільшення похибки.

Відмова давача при двократному відображенні від стінки показала, що точність вимірів погіршується, і похибка зростає до 1 – 1,5 %.

Для запобігання цього варто використовувати для заміни давачі однократного відображення, тому що вони ідентичні і взаємозамінні.

Робота витратомірів з одним шляхом проходження сигналу заснована на припущенні, що в будь-якому великому потоці швидкість газу симетрична щодо осі трубопроводу. Однак швидкості газу рідко бувають симетричними. Вони знаходяться під впливом безлічі факторів, таких як конфігурація труб, їхній стан і т.д. і все це впливає на симетрію потоку через витратомір. За допомогою комп'ютерного моделювання різних швидкісних розрізів фірма Daniel визначила, що використання чотирьох шляхів виміру є оптимальним рішенням для виміру асиметричного потоку. Подальше збільшення кількості шляхів виміру не дає істотного поліпшення точності витратоміра. При меншій кількості шляхів виміру точність УЗ витратоміра істотно погіршується.

У процесі експлуатації УЗ витратомірів необхідно систематично перевіряти електричний опір ізоляції кіл живлення перетворювача і співвідношення «сигнал/шум» вхідного сигналу. Зниження цього співвідношення свідчить або про погіршення характеристик витратоміра, або про забруднення отворів випромінювача і приймача.

Особлива увага повинна бути звернена на забезпечення чистоти поверхні в місцях розташування випромінювачів і приймачів витратоміра.