1.5.1. Принцип работы

1.5.1.1. По принципу работы расходомер относится к времяимпульсным ультразвуковым расходомерам, работа которых основана на измерении разности времен прохождения ультразвукового сигнала (УЗС) при распространении по и против потока жидкости в трубопроводе.

Особенностью ультразвукового расходомера такого типа является попеременная подача электрических зондирующих импульсов, генерируемых ВП, на преобразователи ПЭА1 и ПЭА2 (рис.1).

Рис. 1. Схема прохождения УЗС.

УЗС, излучаемый одним ПЭА, проходит через движущуюся по трубопроводу жидкость и воспринимается другим ПЭА. При движении жидкости происходит снос ультразвуковой волны, который приводит к изменению времени распространения УЗС: по потоку жидкости (от ПЭА1 к ПЭА2) время прохождения уменьшается, а против потока (от ПЭА2 к ПЭА1) - возрастает. Разность времен прохождения УЗС через жидкость по и против потока пропорциональна скорости потока v и, следовательно, объемному расходу Q.

Цифровой способ обработки принимаемых ПЭА сигналов обеспечивает устойчивую работу в условиях помех, а также упрощает настройку расходомера при вводе в эксплуатацию.

1.5.1.2. Скорость жидкости, усредненная вдоль ультразвукового луча, определяется как:

где c - скорость распространения УЗС в неподвижной жидкости;

D - внутренний диаметр трубопровода;

θ - угол между направлением распространения УЗС и плоскостью, перпендикулярной оси трубопровода;

ТП1 ,ТП2 - полное время прохождения сигнала по каналу измерения (ВП, кабели связи, оба ПЭА, жидкость) при распространении УЗС по и против потока соответственно;

dT0 - разность времен прохождения сигнала при неподвижной жидкости (смещение нуля расходомера);

n - коэффициент, зависящий от схемы установки ПЭА (рис.2):

n=1 - при установке ПЭА по Z-схеме или в U-колено;

n=2 - при установке ПЭА по V-схеме.

Значение расхода вычисляется в соответствии с выражением:

где Кг = vср/v – гидродинамический коэффициент.

Гидродинамический коэффициент представляет собой отношение средней скорости потока жидкости в трубопроводе к скорости потока жидкости v, усредненной вдоль ультразвукового луча. Он вычисляется на основе введенных значений шероховатости стенок трубопровода, вязкости контролируемой жидкости, внутреннего диаметра трубопровода, измеренного значения скорости потока.

Объем жидкости V за интервал времени Т определяется в соответствии с формулой:

Изменение скорости распространения УЗС в рабочей жидкости, связанное с изменением температуры, давления и/или состава жидкости, ввиду неизменной длины акустического тракта, учитывается в приборе путем определения полусуммы времени прохождения УЗС расстояния между ПЭА по и против потока ∑Т:

1.5.1.3. Значение расхода определяется при выполнении условия:

где Q_отс – минимальное значение расхода (нижняя отсечка), м³/ч;

Q – текущее значение расхода, м³/ч.

Рекомендуемое значение нижней отсечки соответствует скорости потока 0,05 м/с.

Если выполняется условие Q < Qотс, то в расходомере измеренное значение расхода приравнивается нулю, прекращается накопление объема, выдача импульсов на универсальном выходе, а ток на выходе становится равным нижнему значению диапазона.

При выполнении условия Q > Qmax (где Qmax соответствует скорости потока 10,6 м/с) измерение расхода продолжается, но прекращается накопление и архивирование объема, выдача импульсов на универсальном выходе (в импульсном режиме работы), а ток на выходе становится равным верхнему значению диапазона.

1.5.1.4. Врезные ПЭА устанавливаются в отверстия в стенках ИУ.

ПЭА могут устанавливаться в трубопровод по следующим схемам (рис.2):

- Z-схема – ПЭА размещаются на противоположных стенках ИУ в плоскости, проходящей вдоль оси ИУ (установка «по диаметру»); при этом сигнал от одного ПЭА к другому проходит без отражения от внутренней поверхности ИУ;

- V-схема – ПЭА устанавливаются вдоль одной стенки ИУ в плоскости, проходящей вдоль оси ИУ; при этом сигнал от одного ПЭА попадает к другому после отражения от внутренней поверхности ИУ (при одинаковом значении угла θ УЗС проходит в два раза больший путь, чем при Z-схеме);

- в U-образный ИУ (типа U-колено) – ПЭА размещаются в торцах прямого отрезка ИУ; при этом сигнал распространяется вдоль оси потока.

Рис.2. Схемы установки ПЭА на трубопроводе.

Продольный угол установки врезных ПЭА в прямолинейный ИУ θ (угол между осью врезного ПЭА и плоскостью, перпендикулярной оси трубопровода) может лежать в диапазоне от 20° до 70°, рекомендуемое значение – ∼ 45°. При Dy>2000 диапазон допустимых значений продольного угла установки врезных ПЭА определяется характеристиками объекта размещения ПП.

Возможные варианты установки ПЭА указаны в табл.3.

Таблица 3