Ультразвуковые расходомеры
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
>
Чем больше сдвиг фаз Dj1, тем меньше период времени, в течение которого через фазометр проходит ток IФ, и тем меньше среднее значение тока IА за период и, наоборот, тем больше среднее значение напряжения Ea1, до которого заряжается конденсатор C1. Затем происходит переброс переключателя 7, в результате чего вибратор 1 становится генерирующим, а вибратор 2 - воспринимающим ультразвуковые колебания, а вместо конденсатора C1 подключается конденсатор С2. Частота переброса переключателя 10 Гц. Теперь разность фаз Dj2 колебаний, поступающих на фазометр 6, будет
Dj2=wt2= ,
поскольку колебания между вибраторами 1и 2 распространяются навстречу скорости потока ?.
Среднее напряжение Еа2, будет также и средним напряжением конденсатора С2. Между конденсатором C1 и С2 включен высокоомный вольтметр 8, .который будет измерять разницу напряжений Еа2 - Ea1. Можно показать, что
Еа2 = Ea1=.
Из полученного уравнения следует, что чувствительность метода возрастает с увеличением частоты ультразвуковых колебаний. Обычно частоту ультразвуковых колебаний для схем, подобных изображенной на рисунке 1.7 берут 100…500 кГц.
Рисунок 1.7 - Схема одноканального фазового расходомера; 1, 2 - пьезоэлектрический вибратор; 3 - высокочастотный генератор; 4,5 - усилитель; 6 - фазометр; 7 - переключатель
При дальнейшем увеличении частоты в подобных схемах может возникнуть погрешность, связанная с трудностью получения крутых фронтов прямоугольных колебаний, а также возможностью нарушения симметрии этих колебаний. Кроме того, надо иметь в виду, что чем больше частота, тем больше коэффициент поглощения звуковых колебаний. Брать же рабочие частоты ниже указанных цифр нерационально из-за снижения чувствительности метода, а при малых диаметрах трубопровода (порядка нескольких миллиметров) и недопустимо, поскольку минимально пороговая частота, обеспечивающая распространение звуковых колебаний в жидкости, находящейся в трубе, обратно пропорциональна диаметру трубы.
Была предложена схема для работы на высоких частотах порядка 1 МГц и выше, основанная на том, что разность фаз двух колебаний не меняется при одновременном одинаковом преобразовании частоты исходных колебаний. Генератор, стабилизированный кварцем, вырабатывает колебания частотой 1 МГц, которые через механический переключатель поступают на вибратор, излучающий ультразвуковые колебания. Приемный вибратор преобразует последние вновь в электрические колебания, поступающие на усилитель и далее в смеситель C1, где они смешиваются с колебаниями частот той 0,922 МГц, поступающими от гетеродинного генератора. После переключения на другом смесителе С2 смешиваются исходные колебания генератора частотой 1 МГц и колебания частотой 0,922 МГц от гетеродинного генератора. Таким образом, после смесителей C1 и C2 имеем колебания частотой 8 кГц, разность фазы которых зависит от скорости потока. Эта разность фаз измеряется при помощи схемы синхроннофазового детектора, вырабатывающей импульсы с частотой 8 МГц, амплитуда которых равна 1 мA, а длительность пропорциональна разности фаз поступающих сигналов. Прибор на выходе измеряет средний ток этих импульсов. Предел шкалы построенного прибора равен 150 см/с. Погрешность 1 % от предела шкалы.
Недостатками обеих рассмотренных схем являются:
помехи и ограничения, возникающие из-за наличия в схеме механического переключателя;
- зависимость показаний прибора от скорости звука в данной среде, которая может меняться, например, при изменении температуры.
Механический переключатель ограничивает возможность измерения быстроменяющихся расходов вследствие небольшой частоты переключения (порядка 10 Гц), достигаемой с его помощью, в то время, как эта частота должна быть по крайней мере в 3…4 раза больше частоты измеряемого процесса. Кроме того, механический переключатель является источником емкостной паразитной связи между вибраторами, а также шумов, что может повести к возникновению дополнительных погрешностей. Поэтому были разработаны схемы ультразвуковых фазовых расходомеров с применением электронных переключателей. Одна из таких схем изображена на рисунке 1.8. Здесь связь излучающего вибратора с генератором Г и приемного вибратора с усилителем У осуществляется через электронные ключи K1, К2, K3 и К4, выполненные в виде многокаскадных усилителей (для достижения требуемого ослабления в запертом канале) на лампах с малой проходной емкостью.
Включение клапанов осуществляет мультивибратор М с помощью двух управляющих усилителей УП1 и УП2, создающих симметричные прямоугольные колебания напряжения, поступающие на K1 и К4 или K2 и К3.
Частота этих колебаний равна частоте переключения клапанов, а следовательно, и вибраторов. В данный момент включены ключи К1 и К4 (знак "+") и выключены K2 и К3. Остальная часть схемы, состоящая из синхроннофазового детектора СФД, на который поступают прямоугольные колебания от усилителей У1 и У2, работает так же как и у ранее рассмотренных фазовых расходомеров.
В предыдущих схемах производится поочередная посылка ультразвуковых колебаний по потоку и против него. Наряду с этими схемами предложен и осуществлен прибор, в котором оба вибратора в течение 500 мкс одновременно излучают колебания навстречу друг другу, а затем оба переключаются на прием, который длится тоже в течение 500 мкс. Принятые колебания после усиления и ограничения поступают на фазовый детектор, выходной ток которого пропорционален разности фаз коле