Технология ультразвукового расходомера. Особенности применения прибора
Ультразвуковой расходомер — это прибор, измеряющий расход при регистрации воздействие потока жидкости на ультразвуковой луч (или ультразвуковой импульс).
1. Принцип работы
По принципу обнаружения сигнала ультразвуковые расходомеры можно разделить на следующие типы: метод измерения разности скоростей распространения (метод прямого измерения разности времени, метод измерения разности времени, метод измерения разности фаз и метод измерения разности частот), метод сдвига луча, метод Доплера, метод кросс-корреляции, метод пространственной фильтрации и закон шума и т. д.
Ультразвуковой расходомер аналогичен любому регистратору, построенному на технологии ультразвука. Поскольку проточный канал расходомера не имеет никаких препятствий, то этот прибор является не интрузивным. Такой тип расходомера, очень эффективен для решения сложных задач измерений. Этот прибор особенно актуален при измерении расхода в трубопроводах большого диаметра. Такой тип расходомеров - один из быстро развивающихся.
Ультразвуковой расходомер использует принцип измерения разности времени передачи/ приёма сигнала: После того, как один датчик, закреплённый на внешней стороны трубопровода, передает сигнал через стенку трубы, на которой он закреплён, далее через среду измерений, потом через сторону стенки трубы, что напротив этого передающего датчика, сам сигнал принимается уже другим датчиком, также закреплённым на внешней стороне трубопровода, при этом одновременно этот второй датчик также передает сигнал, который принимается первым датчиком. То есть имеет место феномен обмена сигналами между двумя датчиками. Из-за воздействия расхода измеряемой среды между датчиками возникает разница во времени Δt. Согласно расчёту, соотношение между расходом V
и разницей во времени Δt можно получить: V=(C2/2L)×Δt, из чего вывести и точную величину расхода жидкости за различные периоды времени (Q).
Согласно вышеизложенным принципам, ультразвуковые расходомеры можно разделить на две категории: ультразвуковые расходомеры с временным сдвигом (время-прогонные) и ультразвуковые доплеровские расходомеры.
2. Преимущества и ряд ограничений функциональности у ультразвуковых расходомеров
1. Преимущества
Ультразвуковой расходомер — это бесконтактный со средой измерений прибор, способный измерять как расход стандартных жидкостей (типа: вода) в трубах большого диаметра, так и специфических сред измерений, на которых сложно установить преобразователи (датчики), тем самым рассчитывать объёмный и тепловой расход.
Точность измерений Ультразвукового расходомера очень высока, и он не подвержен влиянию различных параметров измеряемой среды. Прибор особенно эффективен при измерении расхода агрессивных, непроводящих, радиоактивных, легковоспламеняющихся и взрывоопасных сред, для которых иные типы Расходомеров неприемлемы.
2. Недостатки
Существующие недостатки заключаются главным образом в том, что диапазон температур измеряемых жидкостей ограничен термостойкостью алюминиевого корпуса ультразвукового преобразователя и материала соединительной муфты между преобразователем и трубой, а опорные данные о скорости распространения звука в измеряемой жидкости при высоких температурах не всегда достоверны. В настоящее время в нашей стране (Китай) Расходомеры могут применяться только для измерения жидкостей при температуре ниже 200 °C.
Кроме того, схема измерения ультразвукового расходомера сложнее, чем у обычного расходомера. Это связано с тем, что скорость потока жидкости при общепромышленных измерениях часто составляет несколько метров в секунду, а скорость распространения звуковых волн в стандартных жидкостях — около 1500 м/с. Изменение скорости измеряемой жидкости (расхода) приводит к наибольшему изменению скорости звука, которая также составляет 10⁻⁴⁴ порядка. Если требуется точность измерения скорости потока 1%, то точность измерения скорости звука должна составлять 10-5–10-6 порядков, поэтому для достижения этой цели требуется полная измерительная схема. Именно поэтому максимально эффективное применение Расходомеров возможно только при условии быстрого развития технологий в этой области.
3. Состав ультразвукового расходомера
Ультразвуковой расходомер состоит из трёх частей: ультразвукового преобразователя, электронной схемы и системы отображения и накопления расхода. Ультразвуковой преобразователь преобразует электрическую энергию в ультразвуковую и передаёт её измеряемой жидкости. Ультразвуковой сигнал, полученный приёмником, усиливается электронной схемой и преобразуется в электрический сигнал, представляющий собой расход для отображения на экране прибора и суммирования различных показателей. Таким образом, реализуется расчёт и визуальное отображение расхода.
По способу установки преобразователя ультразвуковые расходомеры можно разделить на три категории: ультразвуковые расходомеры с накладными датчиками, вставные ультразвуковые расходомеры (фланцевого крепления, винтовые) и трубчатые ультразвуковые расходомеры.
4, Особенности и функции
1. Уникальная технология цифровой обработки сигнала обеспечивает более стабильный измерительный сигнал прибора, высокую помехоустойчивость и точность измерений.
2. Отсутствие движущихся механических деталей привода предотвращает повреждение прибора, не требует обслуживания и обеспечивает длительный срок его службы.
3. Схема прибора более оптимизирована, реализована высокая степень интеграции, низкое энергопотребление и высокая надежность.
4. Высокоточный стандартный выходной сигнал, удобный интерфейс «человек-машина», несколько вторичных выходных сигналов через внешние интерфейсы.
5. Измерение малого диаметра трубы с помощью трубного сечения экономично и удобно, а точность измерений высокая.
5. Применение ультразвуковых расходомеров
Прибор широко используется в нефтяной, химической, металлургической, электроэнергетической, водопроводно-канализационной и других отраслях промышленности. Благодаря бесконтактному измерению расходомер практически не подвержен влиянию температуры, давления, вязкости, плотности и других параметров измеряемой жидкости, что позволяет решать задачи, которые сложно решить с помощью других типов приборов. Присутствует возможность измерения расхода в высоко-коррозионных, непроводящих, радиоактивных, а также легковоспламеняющихся и взрывоопасных средах.
https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/rashodomery-ultrazvukovye
