Ультразвуковые расходомеры

Принцип измерения расхода с помощью ультразвука заключается в следующем. Среднюю скорость Vm(х) на измерительном канале m в позиции х получают за счет посылки и приема акустических сигналов по направлению этого измерительного канала и определения времени их прохождения вверх и вниз по течению. На рис. 3.96 показано осевое поперечное сечение измерительного участка в плоскости измерительного канала.

Рис. 3.96. Ультразвуковой датчик

Два акустических датчика посылают и принимают ультразвуковой сигнал по направлению измерительного канала, который образует угол α с осью измерительной трубы.

Время прохождения сигнала вверх по течению:

,

где С – скорость звука, V – скорость движения жидкости в трубе, L – длина измерительного канала, α – угол между измерительным каналом и осью измерительной трубы.

Время прохождения сигнала вниз по течению:

.

Из этих уравнений следует средняя скорость Vm

.

Ультразвуковые расходомеры имеют универсальное применение для бесконтактного измерения расхода всех жидкостей и газов, в которых могут распространяться ультразвуковые волны. Они имеют широкий спектр применения: сточные воды, аммиак, азот, природный газ, воздух, фосфорная кислота, тяжелые масла, обессоленная вода, смесь воды и масла.

Преимущества ультразвуковых расходомеров:

- высокая точность измерений, не зависящая от вязкости, температуры, давления и электропроводности;

- отсутствие потерь давления благодаря прямой измерительной трубе полнопроходного сечения;

- точная калибровка путем прямого сравнения объемов.

К другим ультразвуковым расходомерам можно отнести HLTOSONICV, Взлет РС, Взлет ПР, Взлет МР и др.

Вихревые расходомеры

Используется принцип вихревой дорожки Кармана: при обтекании потоком препятствия вихревого тела первичного преобразователя расхода возникают завихрения, показанные на рис. 3.97, которые на его поверхностях вызывают перепады давления, их частота пропорциональна скорости потока и объемному расходу. Вторичный электронный преобразователь фиксирует количество перепадов давления и преобразует его в электрический аналоговый и цифровой сигнал.

Рис. 3.97. Вихревой расходомер

Достоинства вихревых расходомеров: отсутствие подвижных частей, простота и надежность преобразователя расхода, независимость показаний от давления и температуры, большой диапазон измерений, частотный измерительный сигнал, достаточная точность измерения расхода. К другим вихревым расходомерам относятся вихревой полнопроходный расходомер VORTEX, интеллектуальный вихревой расходомер модели 8800 и т.д.

Вихреакустические расходомеры

Тело обтекания – призма трапециидальной формы – располагают на входе жидкости в приточную часть. За телом обтекания в корпусе проточной части располагают диаметрально противоположно друг другу стаканчики, в которых распологаются ультразвуковой пьезоизлучатель ПИ и пьезоприемник ПП. В зависимости от типа расходомер может иметь одну пару ПИ и ПП - однолучевой - или две пары ПИ и ПП - двулучевой. На пьезоизлучатель ПИ от генератора подается переменное напряжение, которое преобразуется в ультразвуковые колебания. Пройдя через поток, эти колебания в результате взаимодействия с вихрями оказываются модулированными по фазе. На пьезоприемнике ультразвуковые колебания преобразуются в электрические колебания и подаются на фазовый детектор, где определяется разность фаз между сигналами с пьезоприемника и опорного генератора - для однолучевого преобразователя, или разность фаз между пьезоприемниками первой и второй пары - для двулучевого преобразователя. На выходе фазового детектора образуется напряжение, которое по частоте и амплитуде соответствует интенсивности и частоте следования вихрей, которая в силу пропорциональности скорости потока является мерой расхода. Сигнал с выхода фазового детектора поступает в микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов.