Ультразвуковой метод измерения расхода

В основу работы ультразвуковых расходомеров положено использование разницы во времени прохождения ультразвуковых колебаний (более 20 кГц) в направлении потока контролируемой среды и против него.

Электронное устройство формирует электрический импульс, поступающий на пьезоэлемент П1, который излучает электромеханические колебания в движущуюся среду. Эти колебания воспринимаются через некоторое время пьезоэлементом П2, преобразуются им в электрический импульс, попадающий в электронное устройство и снова направляемый им на пьезоэлемент П1 и т.д.

Контур П1-П2 характеризуется частотой f1 повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной разности между скоростью распространения звука в контролируемой среде и скоростью самой среды.

Аналогично электронное устройство подает импульсы в обратном направлении, т.е. от пьезоэлемента П2 к пьезоэлементу П1. Контур П2-П1 характеризуется частотой f2 повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной сумме скоростей распространения звука в среде и самой среды. Далее электронное устройство определяет разность Δf указанных частот, которая пропорциональна скорости (расходу) среды.

Достоинствами ультразвуковых расходомеров являются:

• отсутствие подвижных частей;

• широкий динамический диапазон;

• высокая точность измерения расхода;

• отсутствие потерь давления;

• высокое быстродействие;

• обеспечение измерения пульсирующих расходов (частота 5-10 кГц) любых, не содержащих газовых включений жидкостей (в т. ч. вязких и агрессивных), а также газов и паров;

• невысокая цена.

Недостатками ультразвуковых расходомеров являются:

• необходимость компенсации показаний при изменении вязкости, температуры и давлении рабочей среды;

• сложность монтажа;

• высокие требования к прямым участкам без гидравлических сопротивлений и профилю потока;

• возможность нарушения работоспособности при отложениях осадков на пассивных отражателях (внутренней поверхности трубопровода) и необходимостью, вследствие этого, специальной обработки внутренней поверхности трубопровода в месте монтажа датчиков.

Диаметр трубопроводов 10-3000 мм и более. Температура среды от -40 до 200°С (реже от -250 до 250 °C). Давление до 4 МПа.

Погрешность 1,0-2,5% от максимального расхода.

Вихревой метод измерения расхода

В основу работы вихревых расходомеров положена зависимость между расходом и частотой возникновения вихрей за твердым телом (например, металлическим прямоугольным стержнем), которое расположено в потоке жидкости или газа.

В качестве чувствительных элементов, воспринимающих вихревые колебания, могут использоваться терморезисторы, представляющие тонкий провод, намотанный на теплоизолирующее основание. От воздействия внешней среды элемент защищается металлическим колпачком или слоем теплопроводного стекла. Резистор подогревается засчёт ток внешнего источника. При прохождении измеряемого потока происходит охлаждение датчика, степень охлаждения зависит от скорости потока. Колебания скорости, связанные с возникновением вихрей, вызывают колебания в сопротивлении датчика, которые фиксируются вторичным устройством.

В зависимости от конструкции датчика чувствительные тепловые элементы устанавливаются непосредственно в теле датчика или вихревой дорожке.

Если в тело образующее вихри, установить магнит, то он может служить датчиком. Реакция, возникающая при срыве вихрей, заставляет помещённый в поток цилиндр колебаться с частотой вихреобразования. Весь цилиндр или его часть делают из ферромагнитного материала. На корпусе прибора устанавливается индуктивный датчик.

Образованию вихрей способствует поочередное изменение давления па гранях этого тела.

Диапазон частот образования вихрей определяется размером и конфигурацией тела и диаметром трубопроводов (25-300 мм). Температура среды обычно от - 50 до 400 °С, реже от -270 до 450 °С. Давление до 4 МПа, иногда до -6,3 МПа.

Достоинством вихревых расходомеров является, обеспечение низкой зависимости качества измерений от физико-химических свойств жидкости, состояния трубопровода, распределения скоростей по сечению потока и от точности монтажа первичных преобразователей на трубопроводе.

Недостатки вихревых расходомеров обусловлены сравнительно большим временем реакции прибора на изменение расхода жидкости.

Погрешность 0,5-1,0% от измеряемой величины.