Принцип дії ультразвукового витратоміра.
1. Електронний блок ультразвукового витратоміра виконаний в вологозахищеного пластмасовому корпусі настінного виконання. Електронна схема ультразвукового витратоміра виконана за принципом багатоступінчастої гальванічної розв'язки (> 1000 В) всіх функціональних елементів між собою. Такий принцип забезпечує максимальну перешкодозахищеність і надійність приладу в реальних і жорстких умовах експлуатації. В електронній схемі приладу застосовані надійні джерела живлення з часом напрацювання не менше 500 000 годин.
Структурна схема ультразвукового витратоміра.
2. ПЕП 1 і 2, що працюють поперемінно в режимі приймач-випромінювач, пов'язані високочастотним кабелем РК-50 з ЕБ, що забезпечує посилку збуджуючих імпульсів (малюнок) на пьезопреобразователь, що працює в режимі випромінювача, і прийом (посилення і детектування) слабких сигналів від пьезопреобразователя , що працює в режимі приймача. (См.рисунок).
тимчасова діаграма ультразвукових сигналів витратоміра
При русі рідини в трубопроводі відбувається знесення ультразвукової хвилі, який призводить до зміни часу поширення ультразвукового сигналу (далі - УЗС): по потоку рідини (від ПЕП 1 до ПЕП 2) час проходження зменшується, а проти потоку (від ПЕП 2 до ПЕП 1) - зростає. Різниця часів проходження УЗС через рідину по і проти потоку пропорційна швидкості потоку V і, отже, об'ємній витраті F. За отриманими сигналами з п'єзоперетворювачів розраховуються: часи проходження сигналу від ПЕП 1 до ПЕП 2, витрата, накопичений обсяг рідини, і значення частоти вихідного сигналу , пропорційного витраті. Обчислені таким чином параметри, пропорційні витраті, обсягом і часу подаються на текстовий дисплей для відображення.
3. Принцип дії ультразвукового витратоміра пояснюється малюнком:
принцип дії ультразвукового витратоміра
Швидкість поширення ультразвукового сигналу від випромінювача до приймача в рідині, що заповнює трубопровід, являє собою суму швидкостей ультразвуку в нерухомій воді і швидкості потоку води V в проекції на даний напрям. Час поширення ультразвукового імпульсу від ПЕП 1 до 2, t1, і від ПЕП 2 до 1, t2, залежить від швидкості руху води відповідно до формулами:
формула часів ультразвукового витратоміра:
де t1, t2 - час поширення ультразвукового імпульсу по потоку і проти потоку, с;
Lд - відстань між мембранами п'єзоперетворювачів, мм;
Lа - довжина активної частини акустичного каналу, мм;
С0 - швидкість ультразвуку в нерухомій воді, м / с;
V - швидкість руху рідини в УПР, м / с;
а - кут між осями трубопроводу і датчиків ПЕП, градуси.
В ультразвуковому витратомірі використовується метод прямого, високоточного вимірювання часу поширення кожного УЗС від одного ПЕП до іншого. З формул (1) і (2) отримуємо:
формула швидкості ультразвукового витратоміра:
де dt - різниця часів поширення УЗС по потоку і проти потоку.
З формули (3), множачи середню швидкість потоку V на перетин трубопроводу D, отримуємо значення витрати води F, що протікає в місці установки п'єзоперетворювачів:
формула витрати ультразвукового витратоміра:
де D - діаметр трубопроводу на місці установки п'єзоперетворювачів, мм;
К - коефіцієнт корекції.
Коефіцієнт корекції До розраховується по "Методиці повірки", є програмованим параметром. Гідродинамічний коефіцієнт представляє собою відношення середньої швидкості потоку рідини в трубопроводі до швидкості потоку рідини v, усередненої вздовж ультразвукового променя. Він обчислюється на основі введених значень шорсткості стінок трубопроводу, в'язкості контрольованої рідини, внутрішнього діаметра трубопроводу, виміряного значення швидкості потоку.
Зміна швидкості поширення УЗС в робочої рідини, пов'язане зі зміною температури, тиску і / або складу рідини, з огляду на незмінною довжини акустичного тракту, враховується в приладі шляхом визначення фактичної швидкості ультразвуку, розрахованої за формулою:
формула швидкості ультразвуку ультразвукового витратоміра
Обсяг рідини V за інтервал часу Т визначається відповідно до формули:
формула накопиченого обсягу ультразвукового витратоміра:
4.Сучасні метод розрахунку витрат з використанням вагових коефіцієнт:
В ультразвуковому витратомірі двухлучевого виконання, побудованого на базі двоканального вимірювача, на один трубопровід (УПР) встановлюються дві пари ПЕП. При цьому вимірювання витрати по кожному променю ведеться незалежно, а виміряне значення витрати в трубопроводі визначається за формулою:
формула витрати двухлучевого ультразвукового витратоміра:
де W1, W2 - вагові коефіцієнти для кожної пари ПЕП (кожного променя); F1, F2 - витрата, виміряний по променю 1 і променю 2 відповідно.
В ультразвуковому витратомірі трипроменевою виконання, побудованого на базі трехканального вимірювача, на один трубопровід встановлюються три пари датчиків. При цьому вимірювання витрати по кожному променю ведеться незалежно, а виміряне значення витрати в трубопроводі визначається за формулою:
формула витрати трипроменевою ультразвукового витратоміра:
де W1, W2, W3 - вагові коефіцієнти для кожної пари ПЕП (при розміщенні двох пар ПЕП по хордам і однієї пари по центру відповідно до інструкції з монтажу).
В ультразвуковому витратомірі чотирипромінні виконання, побудованого на базі чотириканального вимірювача, на один трубопровід встановлюються чотири пари датчиків. При цьому вимірювання витрати по кожному променю ведеться незалежно, а виміряне значення витрати в трубопроводі визначається за формулою:
формула витрати чотирипромінні ультразвукового витратоміра:
де W1, W4, W2, W3 - вагові коефіцієнти для кожної пари ПЕП (при розміщенні ПЕА по хордам відповідно до інструкції з монтажу).
Значення витрати визначається при виконанні умови: Fотс Fmax вимірювання витрати триває, але значення витрати стає рівним верхній значенню діапазону Fmax.
Докладний висновок формул на ультразвуковий витратомір
Онлайн документація на ультразвуковий витратомір