Ультразвуковые расходомеры
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
°зователями с преломлением, поскольку на границах между звукопроводами и средой изменяется направление распространения ультразвуковых колебаний. Угол преломления b зависит от акустических свойств звукопровода и среды. Преобразователи с преломлением, кроме того, способствуют снижению температурной погрешности и погрешности от реверберации. Первое достигается за счет выбора материала звукопровода и угла его расположения по отношению оси трубы, второе - за счет предотвращения попадания на излучатель отраженных колебаний.
Рисунок 1.5 - Двухканальные преобразователи с излучением под углом к оси трубы: а - преобразователь со звукопроводящими мембранами без преломления; б - преобразователь со звукопроводами с преломлением.
На рисунке 1.6 показана установка одного из пьезоэлементов преобразователя расходомера типа РУЗ-282. Преобразователь представляет собой отрезок трубы 2 длиною 400 мм и внутренним диаметром 70 мм с присоединительными фланцами 1 на концах. На трубе 2 имеются расположенные под углом 20 четыре отростка 10 длиною около 110 мм и внутренним диаметром 30 мм. Материал трубы и отростков - сталь марки 1Х18Н9Т, покрываемая в случае необходимости фторопластовой пленкой. Излучателем ультразвуковых колебаний является круглая пластина 7 из титаната бария диаметром 20 мм и толщиной 2,5 мм. Она плотно прижимается с помощью пружины 5 к звукопроводу 11 из органического стекла 2-55, закрепленному на резьбе во втулке 9. Для обеспечения плотного контакта между излучателем и звукопроводом торец последнего промасливается. На обе торцовые поверхности излучателя наносится распыленный слой металла.
Через эти слои осуществляется электрический контакт излучателя с генератором высокочастотных колебаний. Синусоидальные электрические колебания частотой 1 МГц и амплитудой около 20 В подводятся по высокочастотному кабелю 3 типа РД-13. Токоподводящая жила кабеля 3 соединена с верхней обкладкой пьезоэлемента через пружину 5 и латунный стакан 6, а экранирующая оплетка кабеля соединена с нижней обкладкой
Рисунок 1.6 - Преобразователь расходомера РУЗ-282: 1 - присоединительный фланец; 2 - труба; 3 - высокочастотный кабель; 4 - трансформатор высокочастотный; 5 - пружина; 6 - латунный стакан; 7 - излучатель; 8 - пружинный контакт; 9 - втулка; 10 - отросток; 11 - звукопровод пьезоэлемента через пружинный контакт 8, размещенный в узком пазу на торцовой поверхности звукопровода 11.
Мощность подводимых колебаний порядка 2 Вт. Между кабелем 3 и излучателем 7 помещен согласующий высокочастотный трансформатор 4, индуктивность вторичной обмотки которого вместе с емкостями двух параллельно подключенных излучателей образует контур, настроенный на частоту 1 МГц.
.3 Ультразвуковые фазовые расходомеры
Ультразвуковые фазовые расходомеры основаны на измерении разности фаз, поступающих на приемные пьезоэлементы двух ультразвуковых колебаний, из которых одно следует по направлению скорости потока ?, а другое - против этой скорости. Если путь L, проходимый в жидкости, и начальная фаза обоих колебаний совершенно одинаковы, то измеряемая разность фаз Dj будет зависеть лишь от разности времен Dt прохождения пути L обоими колебаниями и от периода Т или частоты f этих колебаний. Очевидно
Dj=,
Подставляя вместо Dt его значение из уравнения (1.5), получим
Dj ,(1.6)
где w= 2pf - круговая частота колебаний.
Если ультразвуковые колебания направляются под углом a к оси трубы или, что то же, к скорости ?, то будем иметь
Dj=,(1.7)
Очевидно, формула (1.6) есть частный случай формулы (1.7) при угле a = 0.
При распространении ультразвуковых колебаний под углом a. Схема одноканального фазового расходомера с механическим переключателем и фазометрической лампой. к оси трубы, длина L пути, проходимого ультразвуком в движущейся среде, может быть выражена через диаметр D трубы. Действительно D = L sin a. Тогда уравнение (1.7) принимает вид
Dj =.(1.8)
Одна из возможных схем ультразвукового фазового расходомера показана на рисунке 1.6.
На трубопроводе установлены два пьезоэлектрических вибратора 1 и 2. Один из них, скажем 1, в данный момент времени с помощью механического переключателя 7 подключен к генератору высокочастотных синусоидальных электрических колебаний 3 и создает ультразвуковые колебания в потоке жидкости. Другой вибратор воспринимает ультразвуковые колебания, прошедшие в жидкости расстояние L, и преобразует их в выходные электрические колебания, поступающие затем к усилителю 4, который кроме усиления еще с помощью ограничительного каскада преобразует синусоидальные колебания в прямоугольные колебания. Последние подаются на фазометр 6. Одновременно генератор 3 непрерывно подключен ко второму усилителю 5 (также с ограничительным каскадом), прямоугольные колебания от которого также поступают на фазометр 6.
Сдвиг между прямоугольными колебаниями, поступающими от усилителей 4 и 5 на фазометр 6, равен разности фаз между ультразвуковыми колебаниями, создаваемыми излучающим вибратором 2
Е0= A sin wt,
и колебаниями, поступающими к воспринимающему вибратору 1
E1 = kA sin w(t - t1),
где k - коэффициент затухания амплитуды колебаний;
А - амплитуда ультразвуковых колебаний;
w - круговая частота ультразвуковых колебаний;
t1 - время прохождения колебаниями расстояния между вибраторами.
Очевидно, эта разность фаз Dj1 равна
Dj1=wt -w(t -t1)=,