Ультразвуковые расходомеры
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?казания которого определяются уравнением (1.5), абсолютная погрешность от изменения температуры и концентрация будет равна
Dj t,q=,
а относительная погрешность
dj t,q=200(bDt+aDq).
Отсюда следует, что даже незначительные колебания температуры и концентрации среды могут дать заметную погрешность. Так, для воды при Dt = 5 и b == 2,510-3 получим dj t = 1,25 %.
В однолучевых фазовых расходомерах колебания t и q вызывают еще одно обстоятельство, ограничивающее возможности применения таких приборов.
Даже очень незначительные колебания t, например на 1…2, создают такие сдвиги фаз на приемных пьезоэлементах по сравнению с излучающими пьезоэлементами, которые выходят за пределы рабочей характеристики фазового детектора. В этом случае выходом из положения является использование однолучевых приборов с измерительными схемами, осуществляющими непосредственное сравнение фаз обоих принятых колебаний (по потоку и против него), или переход на применение двухлучевых расходомеров.
Многократные отражения или реверберация ультразвуковых колебаний от границ среды с мембранами приемных преобразователей могут быть источником больших погрешностей. Основной помехой является первый паразитный сигнал, приходящий на приемный преобразователь после двухкратного отражения от приемного и излучающего вибраторов. Величина этого сигнала может достигать до 75 % от величины полезного сигнала, создаваемого первичным неотраженным ультразвуковым колебанием. Погрешность от реверберации весьма трудно оценить количественно. Для борьбы с реверберацией в двухлучевых приборах целесообразно поверхности мембран приемных пьезоэлементов срезать под небольшим углом к плоскости, перпендикулярной ультразвуковому лучу. Тогда отраженные импульсы уйдут в сторону и повторные отражения не поступают на пьезоэлементы. По этой же причине преобразователи с преломлением в значительной мере лишены погрешностей, связанных с реверберацией.
Погрешности, вносимые электронной измерительной схемой, определяются характером и типом последней, и для каждой схемы должны оцениваться самостоятельно.
.2 Расчет методической погрешности измерения расхода
Большинство из разработанных расходомеров имеют преобразователи с преломлением ультразвуковых волн, выполнены с накладываемыми снаружи на трубопровод с измеряемым потоком узлами пьезоэлементов, например, Clampitron Flowmeter фирмы Controlotron Corporation (США) или УСРВ фирмы Взлет (Россия). Такие приборы с малыми затратами и быстро монтируются на трубе. В этих преобразователях ультразвуковые волны распространяются в потоке, претерпевая два преломления на границах раздела: звукопровод узла пьезоэлемента - труба и труба - измеряемый поток. Углы преломления ультразвуковых волн на границах раздела зависят от изменений скорости ультразвука (главным образом, в измеряемом потоке), обусловленной вариациями температуры, давления и состава измеряемого потока, что приводит к большим погрешностям измерений расхода.
Действительно, упрощенные уравнения расхода Q для одноканальных частотно-импульсных QF, импульсно-временных QT и фазовых QФ расходомеров соответственно имеют вид
QF=(pD3 (1+Ca tSin)2/4Ksin2a)F,(4.1)T=(pDC tg(a/8K))T,(4.2)ф=(pDC tg(a/8Kw))Ф,(4.3)
где D - внутренний диаметр трубы;
Ca - скорость ультразвука в потоке;
t = tЭЛ + tТР+ tЗВ
- время задержки ультразвуковых волн в электронной схеме и электрических кабелях tЭЛ, в трубе tТР и в звукопроводах tЗВ;
a - угол между направлением распространения ультразвуковых волн в потоке и осью трубы;
К- поправка на распределение скоростей потока;разность частот выходных сигналов;
Т - разность времен выходных сигналов;
? - угловая частота ультразвукового сигнала;
Ф - разность фаз выходных сигналов.
Предельная относительная погрешность ?j измерения функции Y(х,у) некоррелированных параметров х и у может быть выражена
?Y=((Y/х/Y)2dх2+(Y/у/Y)2dУ2)1/2,(4.4)
где dх и dУ - предельные относительные погрешности параметров х и у.
Из уравнений (4.1), (4.2) и (4.3) на основании уравнения (4.4) получим выражения предельных относительных погрешностей ?а измерений расхода за счет изменений угла a для соответствующих схем расходомеров
?af =(2Cos aCa t /D/(1+( Ca t Sin a/D)-2ctg2a) da(4.5)
?at=?aj=2da/ Sin 2a,(4.6)
где da - предельная относительная погрешность угла a.
Значение угла a определяется из выражения
a = arccos (n cos g),(4.7)=Сa/Сg , (4.8)
где Cg - скорость ультразвука в звукопроводе узла пьезоэлемента;
g -угол между направлением распространения ультразвуковых волн в звукопроводе узла пьезоэлемента и осью трубы.
Из выражений (4.7) и (4.8) на основании уравнения (4.4) получим уравнение предельной относительной погрешности угла a
da =,(4.9)
Величина Сg является функцией температуры t, а Сa - функцией температуры t, давления р и состава q. Поэтому на основании уравнения (4) можно записать
dn=,(4.10)
где dnt, dnp и dnq - соответственно предельные относительные погрешности n за счет вариаций t, р и q.
Изменением геометрических размеров трубы от температуры пренебрегаем вследствие малости величины. Из уравнений (4.1), (4.2) и (4.3) на основании уравнения (4.4) получим выражения предельных относительных погрешностей DСа измерений расхода за счет изменений скорости ультразвука Са в измеряемом потоке для соответствующих схем расходом?/p>