Конспект лекций 2010 г. Содержание 1 Средства измерений технологических параметров 4 1Средства измерения давления 12

Вид материала

Конспект

Содержание 1.3.3.5 Ультразвуковые (акустические) расходомеры.

Подобный материал:

• 1. Средства измерений. Классификация средств измерений, требования к ним. Измерительные, 1405.11kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко Вл. Т. Муниципальное право. Конспект лекций. 2010, 2365.6kb.
• Рабочей программы дисциплины методы и средства измерений в телекоммуникационных системах, 29.58kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко В. Т. Уголовное право. Общая часть. Конспект лекций., 3144.81kb.
• Общие вопросы измерений, 218.32kb.
• Программа по оказанию информационно-консультационных услуг: «Эталонные и рабочие средства, 110.06kb.
• Инструкция Приборы для измерений климатических параметров «Метео-10» Методика поверки, 92.72kb.
• Цена дипломной работы с чертежом 500 рублей содержание, 48.91kb.
• Зволяет производить измерения давления в топливной системе почти на всех автомобилях, 517.38kb.
• Эталонная установка для комплексного измерения акустических параметров в конденсированных, 80.86kb.

1.3.3.5 Ультразвуковые (акустические) расходомеры.

Акустическими называются расходомеры, основанные на измерении зависящего от расхода того или другого эффекта, возникающего при переходе акустических колебаний через поток жидкости или газа. Почти все применяемые на практике акустические расходомеры работают в ультразвуковом диапазоне частот и поэтому называются ультразвуковыми.

Они разделяются на расходомеры, основанные на перемещении акустических колебаний движущейся средой, и расходомеры, основанные на эффекте Доплера, появившиеся позже. Главное распространение получили приборы, основанные на измерении разности времени прохождения акустических колебаний по потоку и против него. Значительно реже встречаются приборы в которых акустические колебания направляются перпендикулярно к потоку и измеряется степень отклонения этих колебаний от первоначального направления. Приборы, основанные на явлении Доплера, предназначены в основном для измерения местной скорости, но они находят также применение и для измерения расхода. Измерительные схемы у них более простые.

Наряду с указанными разновидностями ультразвуковых расходомеров имеются акустические расходомеры, получившие название длинноволновых, работающих в звуковом диапазоне.

Фазовые ультразвуковые расходомеры.

Фазовыми называют ультразвуковые расходомеры, основан­ные на зависимости фазовых сдвигов ультразвуковых колебаний , возникающих на приемных пьезоэлементах, от разности вре­мен прохождения этими колебаниями одного и того же рас­стояния по потоку движущейся жидкости или газа и против него.

Было предложено и реализовано много схем одно- и двухканальных фазовых расходомеров. В одноканальных расходомерах большим разнообразием отличаются схемы переключения пьезоэлементов с излучения на прием, в частности, схемы с одновре­менной посылкой коротких ультразвуковых пакетов и одновре­менным переключением пьезоэлементов с излучения на прием. Подобная схема применена в одноканальном расходомере УЗР-2, разработанном во ВНИКИцветметавтоматике для измерения рас­хода суспензии полиэтилена в бензине в трубе диаметром 150 мм, Qmax = 180 м3/ч, частота колебаний 1 МГц. Пьезоэлементы расположены снаружи трубы.

Электронная схема расходомера включает в себя коммутирующее устройство; задающий генера­тор; два генератора амплитудно-модулированных колебаний, по­ступающих на пьезоэлементы; устройство регулировки фазы, со­стоящее из усилителя ограничителя, усилителя мощности, ре­версивного двигателя, фазовращателя и фазорасщепителя; изме­рительный фазометр и фазометр синхронизации, из которых каждый состоит из катодного повторителя, селекторных усили­телей, фазового детектора и схемы автоматической регулировки усиления.

В расходомере УЗР-Т4, разработанном для контроля нефти и неф­тепродуктов, переключение пьезоэлементов с излучения на при­ем производится с помощью мультивибратора, управляющего модуляторами задающего генератора. Особый генератор создает синусоидальное напряжение низкой частоты, из которого в триггерном устройстве образуются прямоугольные импульсы. Задний фронт этих импульсов служит для включения мультивибратора.

В схеме расходомера, разработанного Швайгером, ультразву­ковые колебания частотой 2,1 МГц в течение 500 мкс распростра­няются навстречу друг другу со сдвигом фазы на 180°, после чего мультивибратор переключает пьезоэлементы с режима излуче­ния на режим приема. В другом зарубежном расходомере пере­ключение производится особым генератором, создающим сигна­лы двух форм. Один из сигналов включает генератор, возбужда­ющий колебания пьезоэлементов, второй сигнал переключает пьезоэлементы на прием. Принятые колебания после усиления преобразуются в импульсы прямоугольной формы. После прохо­да через детектор сдвига фаз ширина импульсов на выходе пропорциональна этому сдвигу. На вы­ходе после выпрямления имеем нап­ряжение постоянного тока, пропорци­ональное расходу. Частота колебаний 4,2 МГц, частота переключения пье­зоэлементов 4,35 кГц. Угол наклона пьезоэлементов 30°. Диаметр тру­бы 100 мм.

Ввиду сложности большинства схем переключения пьезоэлементов с излу­чения на прием созданы фазовые одноканальные расходомеры, не требу­ющие переключения. В таких расходомерах оба пьезоэлемента не­прерывно излучают ультразвуковые колебания двух разных, но весь­ма близких частот, например 6 МГц и 6,01 МГц.

Более простые электронные схемы имеют двухканальные фазовые расходомеры. На рисунке 1.64 показа­на схема прибора типа УЗР-1, предназначенного для измерения расхода жидкостей в трубах, имеющих D, равный 100 и 200 мм, и рассчитанного на Qmax, равный 30; 50; 100; 200 и 300 м3/ч.



Рисунок 1.64 - Схема фазового ульт­развукового расходомера УЗР-1

Частота 1 МГц, максимальная разность фаз (2-2,1) рад. По­грешность расходомера плюс минус 2,5 процента. Генератор Г с помощью согласу­ющих трансформаторов связан с пьезоэлементами И1 и И2. Уль­тразвуковые колебания, излучаемые последними, проходят через жидкостные волноводы 1, мембраны 3, герметично вмонтирован­ные в стенки трубопровода 4, проходят через измеряемую жид­кость 2 и затем через мембраны 5 и жидкостные волноводы 6 поступают на приемные пьезоэлементы П1 и П2. Последние на выходе соединены с фазометрической схемой в составе фазорегу­лятора ФВ; двух одинаковых усилителей У1 и У2, управляе­мых узлами автоматической регулировки АРУ1 и АРУ2; фа­зового детектора ФД и измерительного прибора (потенциомет­ра) РП. Фазорегулятор ФВ предназначен для регулировки начальной точки фазового детектора и корректировки нуля. Во ВНИКИцветметавтоматика помимо УЗР-1 были разработаны двухканальные фа­зовые расходомеры РУЗ-282, РУЗ-282М и РУЗ-714. Первые два предназначены для измерения расхода четыреххлористого тита­на при температуре 100°С и давлении 0,3 МПа, а третий — для алюминатных растворов тоже при температуре 100 °С и дав­лении 0,6 МПа.

Фазовые расходомеры были раньше самыми распространен­ными среди ультразвуковых, но в настоящее время преимуще­ственное применение имеют другие расходомеры, с помощью ко­торых можно получить более высокую точность измерения.

Ультрозвуковые расходомеры особого назначения.

Ультразвуковой метод находит применение не только для из­мерения расходов жидкости и газов, движущихся в трубопрово­дах, но также для измерения скоростей и расходов этих веществ в открытых каналах и реках, в шахтных выработках и метеоро­логических установках. Кроме того, имеются разработки пере­носных расходомеров, предназначенных для установки снаружи трубопровода.

Переносные преобразователи расхода.

На основании 6 рисунок 1.65 укреплены две обоймы 1 и 2 из оргстекла, уменьшающего пара­зитные внутренние отражения.



Рисунок 1.65 - Переносной ультразвуковой преобразователь расхода

В каждой обойме установлены два пьезоэлемента 3 и 4 из керамики под углом 45° к оси трубы, работающие на частоте 2,5 МГц. Пру­жины 5 прижимают обе камеры к трубопроводу, причем нижняя может перемещаться вдоль оси последнего по направляющей 7 с помощью ходового винта. Переносной преобразователь предна­значен для измерения расходов жидкости от 1 до 150 л/мин в трубах малого диаметра (6—25 мм). Расходомер работает по фазо­вой схеме. Принятые сигналы при напряжении генератора 10 В равны 50-60 мВ при стальной трубе и 130-150 мВ при трубе из алюминиевого сплава. Напряжение помех при стальной трубе не более 1,5 мВ, а при алюминиевой — не более 5 мВ.