Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковой (частота выше 20 КГц) метод измерения расхода ос- нован на явлении смещения звукового колебания движущейся жидкой или газообразной средой. Измерение расхода, в основном, осуществляется пу- тем косвенных измерений следующих величин:

- разности времен Δ t (времяимпульсный метод) прохождения ультра-

звуковых импульсов по потоку и против него;

- разности фаз Δϕ (фазовый метод) между ультразвуковыми колеба-

ниями, распространяющимися по потоку и против него;

- разности частот Δ f (частотный метод) двух автогенераторов, в ка-

честве элемента обратной связи которых используется контролируемая

среда.

Современные расходомеры, как правило, реализуют времяимпульс- ный метод. На рис.4.20 представлена принципиальная схема измерения расхода ультразвуковым расходомером, использующим времяимпульсный метод.

Расходомер включает в себя два (рис.4.20, а) или четыре (рис.4.20, б) электроакустических приемопередающих преобразователя А (А') и B (B'), монтируемых с внешней стороны трубопровода. Преобразователи работа- ют как в режиме источника ультразвукового сигнала, так и в режиме при-

емника. Расстояние между преобразователями равно L.

 

 

 

 

ν

tAВ

B B

 

A B

tBA

ϕ

L

 

A A' B'

А a) б)

 

Рис.4.20. Схема измерения ультразвуковым расходомером:

а – с двумя преобразователями; б – с четырьмя преобразователями

 

 

Если ультразвуковые колебания распространяются по направлению скорости потока v, то они проходят расстояние L за время

 

tAB

= L

(a +ν)

= L ⋅

a

(1+ v / a)

 

(4.22)

 

где а - скорость звука в данной среде.

При распространении колебаний против скорости потока

 

tBA

= L

(a −ν)

= L ⋅

a

(1− v / a)

 

. (4.23)

 

Отношение v / a весьма мало по сравнению с единицей (для жидко-

стей а ≈ 1000÷1500 м/сек, v ≈ 3÷4 м/сек), поэтому с большой степенью

точности можно принять:

t = L

− v = L − Lv; (4.24)

AB (1)

a a

 

a a 2

t = L

+ v = L + Lv. (4.25)

BA (1) 2

a a a a

В ультразвуковых расходомерах фиксируется разность времени

Δt = tВА – tАВ.

Из уравнений (4.24) и (4.25):

Δ t = tВА – tАВ =

 

2 Lv a 2

 

 

. (4.26)

 

Эта разность времен прохождения импульсов по потоку и против по-

тока является мерой расхода.

Ультразвуковые расходомеры предназначены для измерения расхода почти всех продуктов, будь то жидкости или газы, агрессивные или корро- зионные. Единственным условием является отсутствие в потоке большого количества твердых и газовых включений.

Измерение не зависит от электропроводности, вязкости, температу- ры, плотности и давления среды. Полнопроходное сечение исключает на- копление отложений, потери давления и износ.