Ультразвуковые расходомеры

Основные составляющие погрешности электромагнитного расходомера.

1) Погрешность от напряжения поляризации при изменении расхода электролитов. Эта составляющая уменьшается при использовании переменных магнитных полей с частотой 10 — 1000 Гц.

2) Погрешность от ЭДС, наводимой в приемном контуре переменным магнитным полем за счет трансформаторной связи. Она может быть снижена путем создания противо-ЭДС, индуцируемой в специальной индукционной катушке.

3) Погрешности от паразитных наводок, обусловленных емкостными связями между системой возбуждения переменного магнитного поля и приемным контуром. Уменьшение этой погрешности возможно за счет применения экранирования.

4) Погрешность вследствие искажения эпюры распределения скоростей в циллиндрическом канале индукционного преобразователя. Она может быть снижена использованием неоднородного магнитного поля специальной конфигурации или применением преобразователя прямоугольного сечения с пластинчатыми электродами, у которых эта погрешность отсутствует.

Достоинства электромагнитных расходомеров: независимость показаний от вязкости и плотности измеряемого вещества, возможность применения в трубах любого диаметра отсутствие потери давления, линейность шкалы, высокое быстродействие, возможность измерения агрессивных, абразивных и вязких жидкостей.

Электромагнитные расходомеры неприменимы для измерения расхода газа и пара, а также жидкостей диэлектриков, таких, как спирты и нефтепродукты. Они пригодны для измерения расхода жидкости, у которых удельная электрическая проводимость не менее 10³ См/м.

Эти методы основаны на изменении скорости ультразвуковых колебаний в подвижной среде, которая равна геометрической сумме скорости среды и скорости звука в данной неподвижной среде, которая известна. Если ультразвуковые колебания распространяются в неподвижной среде со скоростью с, то в той же среде, движущейся со скоростью u, они будут распространяться в направлении движения потока со скоростью с + u cos(a), а против потока — со скоростью с — u cos(a), где a — угол между направлениями потока и ультразвукового излучения. Время прохождения ультразвукового импульса от излучателя до приемника, расположенных друг от друга на расстоянии L, называемом базой, в направлении потока равно

а против потока

Существует несколько разновидностей ультразвукового метода измерения расхода: времяимпульсный, частотно-импульсный, доплеровский, фазовый и метод на основе измерения интенсивности сноса ультразвуковых колебаний движущимся потоком. Ультразвуковые методы в основном применяются для измерений расходов жидких сред.

1) Времяимпульсный метод основан на измерении разности временипрохождения ультразвуковых импульсов по движению потока и против него

где m — коэффициент, учитывающий отличие средней скорости потока u_ср от осредненной по длине луча скорости потока u; D — диаметр трубопровода.

Работа ультразвукового расходомера, основанного на частотно-импульсном методе, аналогична работе частотного расходомера действие, которого основано на методе ядерного магнитного резонанса. Каждый излучатель посылает импульс ультразвуковых колебаний в момент прихода предыдущего импульса на соответствующий приемник. Разность частот двух работающих таким образом автогенераторов пропорциональна измеряемому расходу:

В фазовых расходомерах используется непрерывное излучение модулированных ультразвуковых колебаний, направленных по движению потока и против него, и измеряется разность фаз принятых приемником колебаний. Статическая характеристика таких расходомеров имеет вид

где f_м — частота модуляции ультразвуковых колебаний.

Рис. 3. Структурная схема фазового ультразвукового расходомера.

Ультразвуковые колебания, создаваемые генератором 1, модулируются с помощью модулятора 2 и генератора модуляции 11. Модулированные колебания поступают на возбудители 3 двухканального датчика, установленного на трубопроводе 4. Сигналы с приемников ультразвуковых колебаний 10 через усилители 5 и 9, демодуляторы 6 и 8 подаются на фазометр 7, показания которого пропорциональны расходу.

Погрешности. Всем ультразвуковым методам измерений расхода присуща методическая погрешность, обусловленная отличием измеряемой этими методами скорости движения среды, осредненной по пути от излучателя до приемника ультразвуковых колебаний, от скорости движения среды, осредненной по площади сечения трубопровода. Рассматриваемая погрешность может быть уменьшена соответствующим выбором соотношения размеров ультразвукового канала и трубопровода с учетом его шероховатости.

Дата добавления: 2015-03-29