Неинерционный ультразвуковой расходомер
V. I. Filatov
Перевод с английского: Головина А.К.
Источник: Журнал Measurement Techniques, рр. 41, No. 11, 1998.
Новый ультразвуковой расходомер СПС 3-70 был разработан автором для Уральского моторостроительного производственного объединения. Расходомер был разработан в соответствии с инструкциями, предоставляемыми компанией Уральского научно-исследовательского института двигателей. Он предназначен для динамических измерений расхода топлива при испытаниях авиационных двигателей в переходных и стационарных операций. Расходомер единственный в своем роде в мире.
Расходомер работает в непрерывном режиме в то же время решает динамические измерения. Схема расходомера управляется извне. Ультразвуковые сигналы постоянно и спонтанно распространяются по потоку и против него. Импульс формируется на выходе из прибора после распространенных сигналов заданное количество раз, это число и определяет время, необходимое для одного измерения. Длительность импульса прямо пропорционально измерянной скорости потока топлива. Генерации выходного сигнала неинерциальны, они не подвергаются какой-либо типичной трансформации, что может привести к ее затормаживанию (задержки). Выходной сигнал формируется после каждого разряда измерения по инициативе внешнего контура управления. Выходной сигнал должен иметь продолжительность 50мсек. при максимальной разгрузки.
Прибор также может работать с внутренним автоматическим контролем во время непрерывного измерения объема жидкости. Выходной сигнал является частотно-импульсным сигналом, его частота, примерно пропорционально разгрузки жидкости.
СПС 3-70 расходомер на основе ультразвукового метода Филатова измерения расхода. Методом с высокой точностью и неинерциальным ультразвуком. Он позволяет точно установить нуль прибора и легко определить направление потока.
Метод основан на одновременной автоматической циркуляции ультразвуковых сигналов в направлении потока и против него. Таким образом, метод предполагает создание двух поездов ультразвуковых импульсов, распространяющихся в противоположных направлениях одноканальный датчик расходомера, который имеет одну пару пьезоэлектрических элементов. Мгновенные выбросы и обнаружения ультразвуковых сигналов можном устранить путем создания относительного сдвига на пьезоэлектрических элементов - временной лагорифм в импульсе тяги. Со сдвигом по времени, сигналы используются непосредственно, без каких-либо временных зависимых преобразований, для создания временных импульсов или частотно-импульсных выходов сигнала расходомера. Ультразвуковые импульсы циркулируют в цепи синхронизации . Определение направления потока основана на том факте, что с течением времени импульсов вразрез с потоком "догнать" импульс движущийся с потоком. Таким образом, ведущие края импульсов потока может совпадать лишь с выходного сигнала импульсов, движущейся с потоком.Сигнал образуется, когда соответствующие ребра совпадают с указанным направление потока.
Примером практического применения этого метода и его теоретического обоснования были представлены в [1].
Расходомер также использует другой метод, автором он был разработан еще в 1972 году.Метод включает в себя создание в области обеспечения равных скоростях потока в измерительной части датчика расходомера. Использование этого метода в расходомере решает комплекс проблем, возникающих при выполнении измерений [2]. Расходомер имеет линейную кривую калибровки и результаты измерений зависит от числа Рейнольдса, т. е. коэффициент калибровки или калибровочной кривой расходомера. Так же, независимо от режима течения (ламинарный, турбулентный, или переходной), что делает ненужным присутствие прямых участков трубы до и после преобразователя. Полученные с расходомера измерения остовались без изменений до тех пор пока поток жидкости был резко перенаправлены на 90°. Номинальный внутренний диаметр в передней части датчика в плоскости, содержит оси датчика и пьезоэлектрические элементы.
Характеристики расходомера СПС 3-70 заключаются в следующем. Тип датчика, что испускает и принимает ультразвуковой сигнал направлен на угол 45°. Номинальный внутренний диаметр датчика 70 мм. Максимальный расход составляет 12дм3/сек. Относительный диапазон измерений, определяется путем корректировки документа для различных условий, составляет 20 - 500. В связи с хорошими полученными измерениями с помощью расходомера в различных точках 20-кратным диапазоном измерений для стационарного течения, все четыре цифры были повторены в два или три последовательных разряда измерений . Потоки, которые могут быть измерены прибором могут иметь температуру в пределах от -60° до 100° и давлением до 1 МПа. Нуль в расходомере устанавливается с высокой степенью точности. Расходомер измеряет расход и количество жидкости в обоих направлениях потока, с указанным конкретным направлением, для которого получены измерений . Он оборудован системой сигнализации, чтобы предупредить, что труба опорожнена или электронные схемы прибора неправильно работают. Компоненты расходомера, включают пьезоэлектрические элементы и изготавливаются целиком из металла, как и болты, которые вращаются в угловых патрубках преобразователя. Нижний конец каждого пьезоэлектрического компонента, которые находятся в контакте с потоком измеряются, и имеют цилиндрическую суженную части. Коаксиальный разъем расположен в центре верхней части компонента в рамках коммутатора, позволяющего подключить компоненты с помощью коаксиального кабеля, сигнал на радиочастотах. Преобразователи и пьезоэлектрические элементы изготовлены из нержавеющей стали.
Литература
- V. I. Filatov, lzmer. Tekh.,No. 10, 37 (1994).
- V. I. Filatov, Tr. International Scientific-Technical Conference, October 22-24, St. Petersburg (1996), p. 115.