Обоснование структуры промышленного ультразвукового расходомера газа

Аннотация

Реент А.В., Кузнецов Д.Н. Обоснование структуры промышленного ультразвукового расходомера газа Рассмотрены общие сведения об ультразвуковых расходомерах и представлена его обобщенная структура

Общая постановка проблемы

В последнее время существенно возрос интерес к ультразвуковым расходомерам-счетчикам газа. Наряду с высокой воспроизводимостью и высокой точностью ультразвуковая технология имеет и другие характерные особенности: незначительное падение давления; широкие пределы измерений; способность работать с реверсивными потоками; устойчивость к загрязнению и широкие возможности самодиагностики.

Цели и задачи исследования

К недостаткам ультразвуковых расходомеров, сдерживающих их широкое распространение, следует отнести:

- сложность реализации жестких требований к точности измерения временных интервалов; точность измерений должна быть не хуже 0,4 нс для обеспечения разрешения по скорости в 0,001 м/с согласно ГОСТ (ГОСТ ISO17089 Измерение расходав закрытых каналах- ультразвуковые счетчикигаза);

- влияние акустической помехи, возникающей на задвижках, сепараторах и т.п.;

- зависимость уровня измерительного сигнала от давления газа и расстояния между ультразвуковыми (УЗ) датчиками.

Целью работы является преодоление отмеченных выше недостатков и обоснование структуры ультразвукового расходомера, способного работать в широком диапазоне измеряемых скоростей и давлений газа в условиях воздействия акустической помехи.

• Осуществить выбор преобразователя время-код, обеспечивающего требуемую точность и разрешение измерений времени пролета УЗ-импульсов.
• Разработать систему автоматической регулировки усиления (АРУ).
• Разработать электрический фильтр для подавления акустической помехи.

В результате анализа возможных схемных решений в качестве измерителя временных интервалов была выбрана специализированная микросхема GP-22, обеспечивающая разрешение при измерении временных интервалов порядка 90 пс (при требуемых 400 пс).

Система АРУ необходима для стабилизации требуемого уровня сигнала на выходе измерительного усилителя в широком диапазоне давлений газа от 1 до 100 атмосфер в расходомерах диаметром от 50 до 500 мм. Известно, что уровень сигнала пропорционален давлению газа и обратно пропорционален расстоянию между УЗ-датчиками. Таким образом, система АРУ должна уметь регулировать коэффициент усиления измерительного усилителя не менее чем в 1000 раз. Предлагается выполнить АРУ по принципу следящей системы со ступенчатым изменением коэффициента усиления с шагом в 5 %.

Для подавления сигнала акустической помехи предлагается ввести в измерительный усилитель каскад активного фильтра верхних частот с частотой среза порядка 120 кГц. Фильтр не должен ослаблять полезный измерительный сигнал с частотой 125 кГц, но должен эффективно подавлять сигнал помехи частотой около 30 кГц.

Выводы

Обоснованы требования к структурным элементам промышленного УЗ расходомера газа, способного работать в широком диапазоне измеряемых скоростей и давлений газа в условиях воздействия акустической помехи.