Расходомеры – это приборы,
измеряющие объем или массу вещества: жидкости,
газа или пара,
которые проходят через
сечение трубопровода в
единицу времени. В быту
расходомеры называют «счетчиками», но это неверно, потому что счетчик – только одна
из составляющих конструкции
расходомера. Особенности конструкции
зависят от типа
прибора. Сейчас используют 6 типов расходомеров, у каждого из
которых – свои сильные и слабые стороны.
Ультразвуковыми расходомерами называют
расходомеры, принцип работы которых основан в прохождении
ультразвуковой волны через поток жидкости или газа. Ультразвуковые расходомеры
работают в диапазоне частот от 20кГц до 1000 МГц.
Для прохождения волны и её интерпретации необходимы приемник и передатчик, которые обладают пьезоэлектрическим эффектом. Таким эффектом обладают следующие материалы кварц, турмалин, тартрата калия, сульфата лития, титанат бария, цирконат титаната свинца. Помещая пьезоэлектрический кристалл в электрическое поле, упругая деформация вызывает уменьшение или увеличение его длины в соответствии с величиной и направлением полярности поля.
Прикладывая напряжение, размеры пьезокерамических элементов изменяются. При механических воздействиях пьезокерамический элемент генерирует электрический ток.Поэтому пьезокерамические элементы используются в качестве излучателей и приемников сигнала, т.е. как приемопередатчики.
Преобразователь ультразвукового расходомера состоит из
отрезка трубы, на котором установлены пьезоэлемента.
Диаметр пьезоэлемента находится в пределах 5-20 милиметров, а его толщина выбирается в зависимости от частоты. В частотных и время-импульсных ультразвуковых расходомерах для повешения точности измерений используют частоты 5-20 МГц. Обычно в жидкостях применяются частоты (50 кГц - 2 МГц).
В газовых средах необходимо уменьшать частоты до сотен и десятков Кгц, это вызвано сложностью создания в газах интенсивных акустических колебаний, особенно высокой частоты.
Преобразователи
сферического излучения
Данные конструкции применяются в трубах малого диаметра. В качестве преобразователей используются кольцевые пьезопреобразователи, которые создают сферическое излучение. В схеме А, каждый из двух пьезоэлементов по очереди излучает и принимает акустические колебании.
На рисунках А, В, С показаны однолучевые конструкции расходомеров. На рисунке А, D, E трубопровод снабжается особыми впадинами - карманами, в глубине которых находятся пьезоэлементы. Данные конструкции применяются для чистых и неагрессивных сред, так как возможно засорение данных полостей. Также вследствие свободных полостей возможно появление вихрей, влияющих на показание расходомера. Конструкция В лишена данных недостатков, за счет заполнения данных полостей металлом или органическим стеклом.
В конструкции С,
пьезоэлементы находятся снаружи трубопровода. Они передают акустические
колебания через металлические стенки трубы и измеряемому веществу.
Чувствительность сигнала гораздо хуже, из-за паразитных сигналов и помех,
вызванных прохождением колебаний по стенке трубы. Для увеличения точности
используется схемы с 2, 4, 8 парами преобразователей излучателей рисунок D, E.
Преимущества и недостатки ультразвуковых расходомеров
Преимущества:
Высочайшая точность
Отсутствие вращающихся частей
Широкий диапазон рабочих температур
Низкие потери давления
Возможность измерения как жидких, так и
газообразных продуктов
Наличие врезных и накладных моделей
Стабильность показаний
Высокая надежность
Низкое потребление электричества, в результате чего производятся модели, питаемые от батареек повышенной емкости.
Недостатки:
Высокие требования к однородности среды
(чувствительность к наличию
пузырьков воздуха в воде)
Зависимость измерения от
температуры воды
Подверженность
электромагнитным помехам
Грамотная настройка ультразвуковго расходомера для конкретной цели
Список литературы
1. Кремлевский Пантелеймон
Петрович. Расходомеры и счетчики количества вещества
Комментариев нет:
Отправить комментарий