Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Частотные ультразвуковые расходомеры.



Частотными называются ультразвуковые расходо­меры, основанные на зависимости раности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний от разнсти времен прохождения этими колебаниями одного и того же расстояния L по потоку движущейся жидкости или газа и против него.

В зависимости от того, измеряются ли разности частот пакетов ультразвуковых колебаний или коротких импульсов, проходящих через жидкость или газ, расходомеры называются частотно-пакетными или частотно-импульсными. Принципиальная схема последнего с двумя акустическими каналами показана на рис. 3. Генератор Г создает колебания высокой частоты

(10 МГц), которые после прохода через модуляторы Ml и М2 по­ступают к пьезоэлементам И1 и И2.

Рис.3.Частотно-пакетный двухканальный расходомер: а – схема расходомера, б – колебания на тракте И1-П1, в – колебания на тракте И2-П2, г – работа модулятора М1, д – работа модулятора М2
Время Т1 прохода акустических колебаний между пьезоэлементами И1 и П1 равно , a время Т2 прохода между пьезоэлементами И2 и П2 равно . Как только первые электрические колебания, создаваемые пьезоэлементами П1 и П2, пройдя через усили­тели У1 и У2 и детекторы Д1 и Д2, достигнут модуляторов Ml и М2, последние, работающие в триггерном режиме, запирают проход колебаний от генератора Г к пьезоэлементам И1 и И2. Модуляторы открываются вновь, когда последние колебания до­стигнут их. Поэтому между пьезоэлементами И1 и П1 будут про­ходить пакеты акустических колебаний с периодом следования 2Т1, а между пьезоэлементами И2 и П2 — с периодом следования 2. Частота следования первых пакетов f1=1/2T1, а вторых f2=1/2T2. Прибор, подключенный к смесительному каскаду СМ, будет измерять разность частот

Рис.3. Частотный пакетный двухканальный расходомер: а – схема расходомера, б – колебания на тракте И1-П1, в – колебания на тракте И2-П2,

г – работа модулятора М1, д – работа модулятора М2

f1 – f2=1/2T1–1/2T2

Если учесть время прохождения акустических колебаний через мембраны пьезоэлементов толщиною lм и звукопроводы толщи­ною lз, а также время t3 прохождения сигнала через электриче­скую схему, то

T1=L/(c+ υ cosα )+2lм м+2lзз+tэ, T2=L/(c- υ cosα )+2lм м+2lзз+tэ

где см и c3 – скорости звука в материалах мембраны и звукопровода соответственно. Очевидно, f1 – f2 = υ Lcosα (L+2lмc /см+2lзc/сз+ tэc)-2

где L = D/sinα +2l; l – длина свободных угловых карманов. Если l=0; lм=0, lз=0 и tэ=0, то получим f1 – f2 = υ D sinα /2D

Учитывая незначительность l, lм, , и lз по сравнению с L, а также очень малое значение tэ, можно говорить о практической независимости показаний расходомера от изменения с, см и сэ. Высокая рабочая частота необходима для получения крутых фронтов аку­стических колебаний, определяющих точность работы схемы.

В частотно-импульсных расходомерах генератор вырабатывает не непрерывные колебания, а короткие импульсы. Последние поступают к излучающим пьезоэлементам с интервалами, рав­ными времени прохождения ультразвука по и против скорости потока. У них частоты f1 и f2 в два раза больше, чем у частотно-пакетных расходомеров.

Незначительная разность f1 – f2 у частотных расходомеров – существенный недостаток, затрудняющий точное измерение f1 – f2. Поэтому предложено несколько способов увеличения f1 – f2, реализованных в частотных расходомерах, построенных в большинстве случаев по одноканальной схеме. К числу этих способов относится выделение из частот f1 и f2 n гармоники и из­мерение разностной частоты n (f1 – f2), а также умножение раз­ности f1 – f2 в k раз перед поступлением в измерительное уст­ройство. Способы умножения разностной частоты могут быть раз­личны.

На рис. 4 приведена схема, в которой измеряется разность частот двух управляемых генераторов, периоды которых с помощью автоматической подстройки частоты устанавливаются в k раз меньшими времени распространения ультразвуковых колебаний в направлении скорости потока и против нее. Преобра­зователь расхода одноканальный имеет пьезоэлементы 1 и 2, к которым поочередно поступают импульсы: к первому от гене­ратора 4 с периодом повторения Т1, а ко второму от генератора 8 с периодом повторения Т2. Время прохождения акустических импульсов в трубопроводе по потоку Т1 и против него Т2 в k раз больше периодов Т1 и Т2 соответственно. Поэтому в потоке одно­временно будет находиться K им­пульсов. При посылке акусти­ческих импульсов по потоку ком­мутатор 5 одновременно подклю­чает пьезоэлемент 1 к генерато­ру 4, а пьезоэлемент 2 к усилителю приемных сигналов 6. При об­ратной посылке ипульсов генера­тор 8 подключается к пьезоэлементу 2, а усилитель 6 к пьезоэлементу 1. С выхода усилите­ля 6 импульсы поступают на вход дискриминатора времени 10, на ко­торый одновременно через коммутатор 9 поступают импульсы от генератора 4 или 5, создающие опорное напряжение на дискриминаторе. Напряжение на выходе дискриминатора равно нулю, если импульсы от усилителя 6 поступают одновременно с импульсами от генераторов, что будет, если = kТ1 и = kТ2. В противном случае на выходе дискри­минатора возникнет напряжение, полярность которого зависит от того, опережают ли или отстают от опорных импульсы от уси­лителя 6. Это напряжение через коммутатор 11 подается через уси­лители к реверсивным двигателям 3 или 7, которые изменяют ча­стоту импульсов генераторов 4 и 8 до тех пор, пока напряжение на выходе дискриминатора станет равным нулю. Разность частот импульсов

F1 — F2, вырабатываемых генераторами 4 и 8, изме­ряется частотомером 12. Очевидно, F1 — F2 = k (f1 – f2), где f1 = 1/ ; f2 = 1/ ; F1 = l/T1 = k/ ; F2 = l/T2 = k/ . С уве­личением k возрастает измеряемая частота F1 — F2, но k должно удовлетворять неравенству k≤ cmin/2(сmaх — cmin). Последнее требует, чтобы значение k оставалось постоянным при возмож­ном изменении скорости ультразвука от минимального cmin до максимального сmaх его значения. При определении f1 и f2 необ­ходимо, чтобы и учитывали также и время прохождения акустических колебаний в мембране и звукопроводе, а также время задержки в электрической схеме. В моменты изменения рас­хода время возрастает за счет времени, необходимого для включения двигателей и изменения Т1и Т2 до требуемых значений. Расходомеры, аналогичные рассмотренному, иногда называют частотно-временными.

Погрешность измере­ния расхода не превышает ±1 %.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-04-13; Просмотров: 807; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.016 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь