УЗ-преобразователей расхода и скорости

На рис. 7, 9-12 показаны функциональные схемы некоторых вариантов построения УЗ-преобразователей расхода и скорости наиболее широко применяемые в технике и промышленности. Функции преобразования этих УЗ-преобразователей расхода и скорости имеют следующий вид.

УЗ-преобразователь расхода и скорости на эффекте сноса УЗК (рис. 9):

U_вых=k_эл D l = k_эл . (33)

Импульсный одноканальный УЗ-преобразователь расхода и скорости (рис. 10):

U_вых=k_э(t_поп– t_прп), (34)

где t_прп, t_прп– соответственно интервал времени переноса УЗК по потоку и против потока, определяемые соотношениями

t_поп = (35)

t_прп = . (36)

После подстановки этих выражений в (34) получим:

U_вых= 2L =8L . (37)

Фазовый УЗ-преобразователь расхода и скорости (рис. 7):

U_вых =U_c =2 U ₀ cosj/2, (37)

где j = 2wD t; w – частота генератора синусоидальных сигналов.

Двухканальный частотно-импульсный УЗ-преобразователь расхода и скорости (рис. 11):

D f = f₊–f_-= = 8 , (38)

где f₊, f _- – частотное смещение УЗК по и против потока, определяемые соответственно соотношениями

f₊= = , (39)

f_-= = . (40)

Доплеровский УЗ-преобразователь расхода и скорости (рис.12):

, (41)

где a – угол, образующий центральный диаграммы направленности ДН излучателя с осью потока, a=60°; f ₀=2 МГц; f _d=1,33 кГц; V= 1 м/с; D f _d =1 Гц; D V =0,7×10^-3 м/с; D =0,25–0,5 мм.

В качестве недостатков следует отметить следующие:

– зависимость результатов измерений от изменений скорости звука;

– механические колебания трубопровода d V =1%.

Рис. 11. Двухканальный частотно-импульсный генератор: 1 – источник УЗК; 2 – приемник УЗК; 3 – источник УЗК; 5 – генератор; 7 – диск; 8 – частотомер

В работе [55] показано, что при отсутствии естественных отражающих частиц необходимо вдувать в контролируемый поток воздух или газ через трубку с отверстиями 0,25-0,5 мм, расположенную на расстоянии 3-5 диаметров от места установки датчиков в количестве 0,005-0,1% по объему (при скоростях потока свыше 1,2 м/с). Диаметры отражающих частиц и пузырьков при частоте 634 кГц должен быть не менее 40 мкм.

Рис. 12. Доплеровский расходомер: 1 – излучатель; 2 – генератор f ₀; 3 – приемник; 4 – демодулятор.

К недостаткам доплеровских генераторов следует отнести:

– зависимость показаний от скорости распространения УЗК в контрольной среде;

– возрастание погрешности при наличии механических вибраций трубопровода;

– сложность индикации направления движения контрольной среды;

– зависимость показаний от профиля эпюры скоростей.