5. Методика расчета ультразвукового преобразователя с фазо­вой схемой

1. Определение диапазона рабочих частот ультразвуковых ко­лебаний,

Нижняя граница диапазона частот определяется для преобразова­телей без преломления и с преломляющей поверхностью по форму­лам (3) и (6). При этом принимают ∆j=2 рад, a и b не превыша­ют 60°, скорость звука в жидких средах 1500 м/сек. Верхняя граница частот определяется размерами твердых частиц в контролируемой среде. Длина волны ультразвуковых колебаний должна быть на по­рядок больше размера частиц.

2. Расчет коэффициента пропускания ультразвуковой волны че­рез контролируемую среду

-в случае нормального падения ультразвуковой волны ,по формуле

(20)

в случае падения ультразвуковой волны под углом, по формуле

(21)

где m=r₁c₁/r₂c₂; P=a₁²sin2asin2b₂+cos2b₂+r₁c₁cosa/r₂c₂cos2b₂

r₁, c₁- плотность контролируемой среды и скорость звука в ней;

r₂, c₂ - плотность и скорость звука материала трубопровода;

c_t, с_l - поперечная и продольная скорости ультразвука в материа­ле трубопровода;

a - угол излучения и приема в трубопроводе;

b₁ - угол излучения в контролируемой среде;

b₂ - угол преломления в трубопроводе приемного луча.

s - коэффициент Пуассона материала трубопровода;

b₁ и b₂ можно выбирать по величине, не превышающей 60°.

3. Расчет минимально допустимого радиуса пьезоэлементов:

где Сп - скорость звука в материале пьезоэлемента.

4. Расчет угла a и рабочей частоты/для преобразователей без преломления по формуле (3) и для преобразователей с преломле­нием по формуле (6). При этом можно задаваться различными зна­чениями угла a, но не превышающими 60°.

6. Методика расчета ультразвукового преобразователя с им­пульсной схемой

1. Расчет разности времен прохождения импульсов для преоб­разователя без преломления по формуле (7) и с преломлением по формуле (8).

2. Расчет коэффициента пропускания ультразвуковой волны проводится аналогично п.2 предыдущей методики.

3. Расчет минимально допустимого радиуса пьезоэлемента про­водится аналогично п.З предыдущей методики.

4. Расчет угла a и величины ∆t_max для преобразователей без преломления по формулам (7) и с преломлением по формулам (8)

7. Расчет ультразвукового преобразователя

1. Расчет ультразвукового преобразователя c фазовой схемой без преломления.

А) Определение диапазона рабочих частот

Скорости потока V₁=4 м /с (средняя) Диаметр трубопровода D₁=0,05м

V₂=1 м /с (min) D₂=0,1м

V₃=10 м /с (max) D₃=0,3м

B) Расчет коэффициента пропускания ультразвуковой волны через контролируемую среду:

В случае нормального падения ультразвуковой волны

С₁=1451м/с

С₂=5660м/с

D=0,12

В случае падения ультразвуковой волны под углом

D=0,03

С) Расчет рабочей частоты f

D) Расчет минимально допустимого радиуса пьезоэлемента

где Сп=4,6*10³ м/с