Ультразвуковые расходомеры
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
. Так, при d= 100 мм, ? = 1,5 м/с и с = 1500 м/с имеем х = 0,1 мм.
Применение данных приборов для газа более оправдано, поскольку здесь скорости ? больше, чем у жидкости, а скорость с, наоборот, меньше. Здесь при d= 100 мм, ?= 15 м/с и с=350м/с имеем х = 4,2 мм.
Для увеличения чувствительности данного метода были предложены и осуществлены расходомеры со сносом, в которых излучаемые колебания направлены не по перпендикуляру: к оси трубы, а образуют небольшой угол с ним. Затем эти колебания многократно отражаются от стенок и попадают на два рядом расположенные приемные пьезоэлементы (рисунок 1.12), сигналы от которых поступают на дифференциальный усилитель УД.
Ультразвуковой импульс пересекает трубопровод, воспринимается двумя пьезоэлементами, симметрично расположенными относительно излучателя, и одновременно отражается от стенки трубопровода назад. Возвратившись к месту излучения, импульс вновь отражается и т. д.
Рисунок 1.12 - Схема расходомера со сносом и многократным отражением
Г-генератор; УД-дифференциальный усилитель; Д-детектор; ИП-измерительный прибор; СК-схема коррекции; ДК-детектор коррекции; СС-счетная схема
При этом приемные пьезоэлементы воспринимают импульсы, амплитуда которых уменьшается в результате поглощения и рефракции. Сигналы, образующиеся в приемных пьезоэлементах от одного из этих эхоимпульсов, отбираются, проходят усилители и детекторы, после чего поступают на логарифмический делитель, выходное напряжение которого приблизительно пропорционально скорости потока. Примерно после десяти отражений ультразвуковой импульс затухает и производится излучение нового импульса. Подобный прибор был построен для трубы диаметром 200 мм на расходы воды до 360 м3/ч.
Недостатком обоих описанных приборов с многократным отражением является зависимость их показаний от чистоты среды и чистоты отражающих поверхностей.
При коррозии трубы или образования в ней каких-либо наростов могут возникать значительные погрешности. Коэффициент затухания также должен быть невелик, чтобы обеспечить возможность прохождения большого пути.
.7 Ультразвуковые расходомеры для измерения массового расхода
Все ранее рассмотренные схемы ультразвуковых расходомеров дают показания пропорциональные скорости потока или его объемному расходу. Для получения массового расхода необходимо иметь особый элемент, вырабатывающий напряжение пропорциональное плотности или удельному весу среды, и затем блок для умножения этого напряжения на напряжение, пропорциональное объемному расходу. Одновременно при этом следует компенсировать и возможное влияние на показания прибора скорости ультразвука с.
Таким элементом может служить отдельный вибратор, возбуждаемый на резонансной частоте самостоятельным генератором. Напряжение, снимаемое с этого вибратора, пропорционально удельному акустическому сопротивлению среды rс (при условии, что последнее много меньше сопротивления генератора), где r плотность среды. Умножая это напряжение на напряжение, развиваемое схемой фазового расходомера, получим
rс,
где r - плотность среды;
k - коэффициент пропорциональности.
Таким образом, показания будут пропорциональны массовому расходу (r?), но зависимость от с, хотя и снижена, но полностью не устранена. Для достижения этого надо ввести еще множитель пропорциональный с. Блок-схема подобного реализованного прибора показана на рисунке 1.13.
Рисунок 1.13 - Схема частотно-пакетного массового расходомера
И1, И2 - излучатель; П1, П2 - приемный пьезоэлемент; У1, У2 - усилитель; Д1, Д2 - детектор; М1, М2 - модулятор; Г - генератор
Для получения массового расхода М в частотном расходомере надо выполнить аналогичные процедуры, только здесь напряжение, пропорциональное с, надо вводить не в виде множителя, а в виде делителя. Тогда получим
k?rckr?.
Наиболее просто массовый расход может быть получен в расходомерах, измеряющих величину отклонения или сноса излучения. Здесь достаточно ввести в качестве множителя напряжение, пропорциональное акустическому сопротивлению r с, чтобы сразу получить весовой расход. Действительно
D,
где D - постоянная величина.
Элементы, необходимые для получения напряжения, пропорционального rс, и для его ввода в схему расходомера, показаны на рисунке 1.12 штрих - пунктиром.
Заметим, что вибратор, служащий для измерения акустического сопротивления среды, должен передавать колебания непосредственно измеряемой среде без промежуточного звукопровода. Это исключает возможность его применения для сред, могущих давать отложения на его поверхности.
2. ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА
.1 Выбор и обоснование объекта патентного поиска
В дипломной работе поставлена задача анализа ультразвуковых расходомеров. В рассматриваемый ультразвуковой расходомер входят электроакустические преобразователи и электронный блок. Для оценки новизны разработки при проведении патентных исследований основное внимание было уделено перечисленным блокам.
.2 Регламент патентного поиска
Патентный поиск проводился с использованием фонда УГНТУ только по источникам патентной документации России из-за отсутствия иностранных бюллетеней.
Поскольку ультразвуковой способ измерения расхода развивается, была выбрана глубина поиска 5 лет (1996-2000 гг.).
Поиск производился по индексу МПК G 01 F 1/66 "Измер?/p>