Ультразвуковой расходомер
Ультразвуковыми расходомерами называют расходомеры, принцип работы которых основан в прохождении ультразвуковой волны через поток жидкости или газа. Ультразвуковые расходомеры работают в диапазоне частот от 20кГц до 1000 МГц.
Для прохождения волны и её интерпретации необходимы приемник и передатчик, которые обладают пьезоэлектрическим эффектом. Таким эффектом обладают следующие материалы кварц, турмалин, тартрата калия, сульфата лития, титанат бария, цирконат титаната свинца. Помещая пьезоэлектрический кристалл в электрическое поле упругая деформация вызывает уменьшение или увеличение его длины в соответствии с величиной и направлением полярности поля.
Для контроля расхода и учёта воды и теплоносителя с 60-х годов прошлого века в промышленности применяются ультразвуковые (акустические) расходомеры. Неоспоримые достоинства ультразвуковых расходомеров: малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления, надежность (так как нет подвижных механических элементов), высокая точность, быстродействие, помехозащищённость — определили их широкое распространение.
Существуют три основные методики определения расхода жидкости при помощи ультразвука:
- время-импульсный метод (фазового сдвига),
Измерение расхода природного газа в газохранилище ультразвуковыми расходомерами - доплеровские расходомеры,
- метод сноса ультразвукового сигнала (корреляционный).
Принцип измерения
Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении разницы во времени прохождения сигнала. При этом два ультразвуковых сенсора, расположенные по диагонали напротив друг друга, функционируют попеременно как излучатель и приёмник. Таким образом, акустический сигнал, поочередно генерируемый обоими сенсорами, ускоряется, когда направлен по потоку, и замедляется, когда направлен против потока. Разница во времени, возникающая вследствие прохождения сигнала по измерительному каналу в обоих направлениях, прямо пропорциональна средней скорости потока, на основании которой можно затем рассчитать объёмный расход. А использование нескольких акустических каналов позволяет компенсировать искажения профиля потока.
Конструкция ультразвуковых расходомеров
Преобразователь ультразвукового расходомера состоит из отрезка трубы, на котором установлены пьезоэлементы. Диаметр пьезоэлемента находится в пределах 5-20 миллиметров, а его толщина выбирается в зависимости от частоты. В частотных и время-импульсных расходомерах для повышения точности измерений используют частоты 5-20 МГц. Обычно в жидкостях применяются частоты 50 кГц — 2 МГц. В газовых средах необходимо уменьшать частоты до сотен и десятков кГц, это вызвано сложностью создания в газах интенсивных акустических колебаний, особенно высокой частоты.