Приборы для измерения параметров потока транспортируемой среды применяются в магистральных и линейных трубопроводах. Расходомер ультразвуковой представляет собой устройство обеспечивающее определение скорости потоков жидкостей и газов. Принцип действия такой измерительной системы построен на основе законов распространения акустических колебаний в движущейся среде.
Прибор применяется для определения объемного расхода жидкостей или газов с заданной точностью в течение длительного времени или с определенной периодичностью. При работе расходомера используются акустические колебания ультразвукового диапазона с частотой более 20 кГц. Они не воспринимаются человеческими органами слуха, широко применяются в эхолокации.
Физические основы принципа действия расходомера
Акустические колебания возникают в газовой, жидкой или твердой среде как результат вибраций источника звука. В результате образуется звуковая волна параметры, которой зависят от нескольких факторов:
- удельной плотности;
- температуры;
- структуры (однородности) среды.
Важнейшими параметрами звуковой волны является частота, длина и амплитуда. Первая определяется как количество колебаний на единицу времени и измеряется в Герцах. Ультразвуковой диапазон, в котором работают описываемые расходомеры, составляют частоты от 20 кГц до 100 МГц. Такие колебания воспринимаются только некоторыми животными, например, дельфинами и китами, а также летучими мышами.
Поступающий в один из Приемопередатчиков управляющий электрический сигнал преобразуется в механическую энергию колебания (обратный пьезоэффект), создающую в измеряемой рабочей среде акустические колебания. Колебания принимаются другим Приемопередатчиком из пары и преобразуются в электрический сигнал (прямой пьезоэффект), передаваемый в БОИ для обработки. Управляющий электрический сигнал поступает попеременно в каждый из Приемопередатчиков.
Особенности измерения скорости потока и расхода газовой или жидкой среды
Существует несколько способов измерения с помощью ультразвуковых волн:
- Прямое измерение.
- Измерение с переотражением.
Прямое измерение предполагает, что датчики ориентированы друг на друга и производят измерение напрямую.
Измерение с переотражением предполагает, что датчики используют специальные площадки для того, чтобы акустическая волна, отражаясь от нее, направлялась к ответному датчику. Таких площадок может быть несколько.
Каждый из указанных выше способов измерения основан на расчете разницы во времени прохождения ультразвукового луча по потоку и против потока. Чем выше разница во времени, тем выше скорость потока, а, следовательно, расход. Все вычисления осуществляются с помощью микропроцессоров и заложенных алгоритмов в вычислитель.
В зависимости от модели ультразвуковые расходомеры различаются по функционалу и техническим параметрам: пределы и точность измерений. Для приборов разных классов вводятся ограничения по рабочему диапазону температур, давления.