Назад в библиотеку

Фильтр акустической помехи для электронной системы ультразвукового расходомера газа

УДК 612.172

Кузнецов Д.Н., к.т.н., доцент; Бодак Е.Ю., студент

(ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет, г.Донецк, ДНР»)

Ультразвуковые расходомеры-счетчики газа, начиная с 2000 года, стремительно внедрились на рынок счетчиков газа и начали представлять собой одну из основных концепций построения счетчиков газа для технологического применения, а также для коммерческого учета и измерений в газораспределительных системах. В дополнение к высокой воспроизводимости и точности, ультразвуковая технология также включает такие характеристики, как отсутствие движущихся частей, низкое падение давления, широкие пределы измерения, способность работать с пульсирующими потоками, пригодность для измерения расхода и количества реверсивных потоков, а также устойчивость к загрязнению.

Ультразвуковые расходомеры также обладают своими недостатками, в том числе влиянием акустических и вибрационных помех на показания, чувствительностью к сильным акустическим шумам.

Цель работы

Целью работы является разработка эффективного электронного фильтра акустической помехи для электронной системы ультразвукового расходомера.

Принцип действия

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении разницы во времени прохождения сигнала. Два ультразвуковых датчика, расположенных по диагонали, попеременно выполняют функции излучателя и приемника. Акустические сигналы, попеременно поступающие от обоих датчиков, ускоряются по потоку и замедляются против потока.

Подача короткого импульса напряжения длительностью около 4 мкс (половина периода резонансных колебаний датчика) на ультразвуковой (УЗ) датчик с передающей стороны генерирует пространственную звуковую волну в направлении приемного датчика.

Измерительный сигнал, принимаемый датчиком, имеет сложную форму, образованную сложением двух гармонических колебаний близкой частоты и разной амплитуды. Для измерения времени прохождения ультразвуковых колебаний сигнал многократно усиливается и выделяется первый информационный импульс, с амплитудой большей уровня компарирования, равному половине напряжения питания.

Проблема акустических помех

В реальных условиях эксплуатации ультразвуковых расходомеров в сложных конфигурациях газопроводов с высокими скоростями потока газа было замечено возникновение акустических помех, мешающих приему полезных сигналов. Если амплитуда сигнала помехи превышает уровень срабатывания компаратора, результаты измерений становятся ненадежными.

Для решения этой проблемы был разработан электронный фильтр для подавления сигналов акустических помех. Принципиальная схема представляет собой активный фильтр верхних частот второго порядка на основе операционного усилителя AD823. Частота среза фильтра выбрана равной 125 кГц.

Выводы

Разработанный электронный фильтр акустической помехи для электронной системы ультразвукового расходомера газа обеспечивает подавление сигнала помехи по отношению к полезному измерительному сигналу более чем в 15 раз, что существенно улучшит помехозащищенность расходомера.

Перечень ссылок

1. Кузнецов Д.Н., Реент А.В., Обоснование структуры промышленного ультразвукового расходомера газа/ Республиканская научно-практическая конференция учащейся и студенческой молодежи, преподавателей образовательных организаций и учреждений дополнительного образования «Физика и техника», 2016. С. 34-36.
2. Кузнецов Д.Н., Реент А.В., Система автоматической регулировки усиления для ультразвукового расходомера газа/ ХVII Международная научно-техническая конференция «Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых», 2017. С. 397-400.
3. Мошиц Г. П. Проектирование активных фильтров: пер. с англ. / Г. Мошиц, П. Хорн. - М.: Мир, 1984. - 320 с., ил.
4. ISO 17089-1:2019. Измерение расхода в закрытых каналах – ультразвуковые счетчики газа - Часть 1: Счетчики для коммерческого учета и измерений в газораспределительных системах. Минск-2019.