Учебное пособие Нижний Новгород 2015 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное

Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковые расходомеры – это приборы для определения расхода, их принцип работы основан на явлении смещения звукового колебания движу- щейся жидкой или газообразной средой.

Расход определяется путем косвенных измерений разности времени про- хождения ультразвуковых импульсов по потоку и против него (времяимпульс- ный метод), по разности фаз между ультразвуковыми колебаниями, распро- страняющимися по потоку и против него (фазовый метод), и по разности частот двух автогенераторов, в качестве элемента обратной связи которых использует- ся контролируемая среда (частотный метод).
Рассмотрим принцип работы наиболее распространенных ультразвуковых расходомеров, работающих по времяимпульсному методу (рис. 5.10).
Ультразвуковой сигнал, излучаемый электроакустическим приемо-пере- дающим преобразователем 1, проходит через движущуюся по трубе жидкость и воспринимается преобразователем 2. Преобразователи ультразвукового сигнала устанавливают под углом α = 20…70°.
При движении жидкости происходит снос ультразвуковой волны, кото- рый приводит к изменению времени распространения ультразвукового сигнала. При движении сигнала по потоку жидкости время прохождения сигнала уменьшается, а при движении против потока жидкости – увеличивается.
Разность показаний времени прохождения ультразвукового сигнала по потоку и против потока ∆t, с, пропорциональна скорости движения жидкости, а при известном диаметре трубопровода и объемному расходу L, м³/ч:

t  t


21
^{ t}12
 ^2Lv , (5.22)
_a 2

где t_2-1, t_1-2 – время распространения ультразвуковых колебаний соответственно против направления движения потока жидкости и по нему, с; v – скорость по- тока, м/с; a – скорость звука в данной среде, м/с.

Значения объемного расхода определяются по результатам расчетов во вторичном преобразователе 3, соединенном с преобразователями кабелем 4.

Ультразвуковые расходомеры предназначены для измерений расходов любых веществ, не имеющих твердых и газовых включений. Точность измере- ний не зависит от физических свойств измеряемой среды.

Рис. 5.10. Ультразвуковой расходомер (а – принципиальная схема; б – поперечное се- чение расходомера с двумя преобразователями; в – то же с четырьмя преобразователями): 1, 2 – электроакустические преобразователи; 3 – вторичный преобразователь; 4 – кабели

10.