Ультразвуковые расходомеры
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
? скорости или расходу жидкости.
Блок-схема подобного расходомера показана на рисунке 1.10.
Рисунок 1.10 - Двухканальный частотно-пакетный расходомер: а - схема расходомера; б - колебания на тракте И1 и П1; в - колебания на тракте И2 и П2; г - работа модулятора М1; д - работа модулятора M2
Генератор Г, создающий синусоидальные колебания высокой частоты (10 МГц), подает последние через модуляторы M1 и М2 на излучающие вибраторы И1 и И2. Первый из них посылает ультразвуковые колебания под углом a к направлению скорости. Эти колебания воспринимаются приемным вибратором П1, находящимся на расстоянии L от вибратора И1. Время Т1 прохождения ультразвуковых колебаний между вибраторами И1 и П1 будет равно Т1 =. Аналогично время Т2 прохождения колебаний между вибраторами И2 и П2 равно Т2 =. Как только первые колебания, поступающие на приемные вибраторы П1 и П2, и затем проходящие через
усилители У1 и У2 и детекторы Д1 и Д2, достигнут модуляторов M1 и М2, последние, работающие в триггерном режиме, запирают проход колебаний от генератора к вибраторам И1 и И2, и излучение ультразвуковых колебаний прекращается. Оно возобновляется в те моменты, когда последние ультразвуковые колебания первых пакетов достигнут приемных вибраторов П1 и П2 и генерация последними электрических колебаний прекратится. В эти моменты модуляторы М1 и М2 вновь открывают проход электрических колебаний от генератора к излучателям И1 и И2 и процесс повторится. Легко видеть, что время работы и время молчания вибраторов И1 и П1 будет равно Т1, а время работы и время молчания вибраторов И2 и П2 будет равно Т2. Частота первого цикла f1будет очевидно равна , а второго f2 будет равна . Таким образом, на вход смесительного каскада СМ поступают два колебательных процесса: один с частотой f1 и второй с частотой f2. На выходе каскада получаем разность частот f1- f2 имеющую следующее значение
f1- f2=.
Весьма ценным является то, что разность частот (f1- f2) прямо пропорциональна скорости потока ? и не зависит от скорости распространения звука с.
В построенном приборе порядок частот f1 и f2 равен 5 кГц, а их разность f1- f2 при максимальном расходе равна 50 Гц. Расстояние между излучающими и приемными вибраторами 150 мм; диаметр трубопровода 100 мм; относительная погрешность прибора в пределах 2 % от максимального значения шкалы.
Было бы весьма полезно повысить величину измеряемой разности частот f1- f2. Это позволило бы сократить время t, необходимое для измерения f1-f2 и, следовательно, повысить быстродействие прибора.
Одним из путей в этом направлении, позволяющим увеличить f1- f2 в два раза, является применение генератора, вырабатывающего не непрерывные колебания, а короткие импульсы, интервалы между которыми равны времени прохождения ультразвука по и против скорости потока. Подобный прибор называется частотно-импульсным расходомером.
Другим способом является предложение выделять из частот f1 и f2 n-е гармоники и затем уже определять их разностную частоту, которая очевидно будет равна n(f1-f2).
Для устранения возможных перекрестных наводок в двух рядом расположенных акустических каналах иногда применяют в них разные несущие частоты, например, 85 и 135 кГц.
.5 Ультразвуковые время - импульсные расходомеры
В ультразвуковых время - импульсных расходомерах производится измерение разности времен Dt прохождения коротких импульсов по направлению скорости потока ? и против него. Величина Dt определяется формулой
Dt=,
из которой следует, что Dt прямо пропорционально скорости потока ?. Однако величина Dt весьма мала 10-6…10-7 c. при расходе, соответствующем пределу шкалы. Следовательно, измерять необходимо с точностью 10-8…10-9 с. Это является весьма трудной задачей, требующей для своей реализации весьма сложных электронных измерительных схем. В этом состоит причина, почему время- импульсные расходомеры применяются значительно реже, чем фазовые или частотные расходомеры, измерительные схемы которых оказываются более простыми.
1.6 Ультразвуковые расходомеры со сносом излучения
В данных ультразвуковых приборах для измерения расхода или скорости потока излучающий вибратор 1, показанный на рисунке 1.11, возбуждается генератором 5 и создает колебания, направленные перпендикулярно к оси потока. На противоположной стороне трубы установлены два приемных вибратора 2 и 3, обычно симметрично относительно излучающего вибратора. Чем больше скорость потока, тем сильнее отклоняются ультразвуковые колебания по направлению этой скорости.
Рисунок 1.11 - Схема расходомера со сносом ультразвукового излучения: 1 - излучатель; 2,3 - приемник; 4 - дифференциальный усилитель; 5 - генератор
При узко направленном луче, перпендикулярном стенке трубопровода, угол отклонения луча q определяется уравнением tg q = , а линейное отклонение у приемных вибраторов х = dq = d(). При скорости потока ? равным нулю оба приемных вибратора получают равное количество энергии. С повышением скорости количество энергии, поступающее на вибратор 3, увеличивается, а на вибратор 2 уменьшается. Сигналы с вибраторов 2 и 3 поступают на дифференциальный усилитель 4, сравнивающий интенсивности двух поступающих сигналов. Возможны и другие методы измерения величины отклонения ультразвуковых колебаний скоростью потока. С помощью приборов данного типа трудно получить высокую точность измерения, поскольку величина отклонения х очень мала особенно при измерении расхода жидкости