Ультразвуковые расходомеры

Ультразвуковой метод измерения расхода основан на зависимости скорости распространений ультразвука относительно трубы от скорости потока жидкости.

Основными элементами преобразователей УЗР являются излучатели и приемники ультразвуковых колебаний.

В качестве излучателей и приемников колебаний используются различные пьезоэлементы.

Рис. 3.31. Принципиальные схемы ультразвуковых расходомеров:

а), в) одноканальные; б), г) двухканальные

Во время-импульсных расходомерах периодически осуществляется измерение разности времен прохождения импульсов длительностью 0,1…0,2 мкс по и против потока, по которой затем определяется объемный расход потока. Применение расходомеров данного типа требует очень точного знания скорости ультразвука в контролируемой среде, а также характера его изменения в зависимости от температуры и давления в трубопроводе.

В частотных расходомерах каждый последующий импульс посылается излучателем только после достижения предыдущим импульсом приемного пьезоэлемента. Разность частот следования сигналов по потоку и против измеряется специальной дифференциальной схемой и напрямую связана со скоростью и объемным расходом среды. Важнейшим достоинством частотных расходомеров является независимость их показаний от скорости распространения ультразвукового сигнала в неподвижной среде, а, следовательно, и от физико-химических свойств потока (среды).

В фазовых расходомерах измерению подлежит разность фаз ультразвуковых колебаний, проходящих по потоку и против него. Один из недостатков таких расходомеров – зависимость их показаний от изменения с (скорости ультразвука в неподвижной среде).

Приведенное описание принципа действия УЗР демонстрирует одновременно их основные и наиболее существенные недостатки:

· cильная зависимость показаний расходомера от профиля скоростей в потоке, формирующегося и изменяющегося по мере изменения (увеличения или уменьшения расхода);

· значительное влияние на показания расходомера имеет изменение физико-химических свойств контролируемой среды, ее температуры и давления, оказывающих влияние на скорость ультразвука.

К достоинствам ультразвуковых расходомеров необходимо отнести:

· возможность использования на трубопроводах широкого диапазона диаметров (от 10 мм и выше);

· возможность бесконтактного измерения расходов любых сред, в том числе и неэлектропроводных.

Основная погрешность ультразвуковых расходомеров (без коррекции на изменение скорости звука в среде по температуре и давлению) находится в пределах ± 2…4 %. Одноканальные расходомеры с коррекцией на скорость звука позволяют снизить погрешность до ± 1 %. В отдельных современных разработках основная погрешность может не превышать ± 0,3 %.