9 Преобразователь расхода

9.1 Ультразвук и пьезокерамика

Ультразвуковые измерения на протяжении последних более чем 20 лет зарекомендовали себя как метод, обеспечивающий наибольшую долговременную стабильность при измерении объема в теплоучете. Опыт, накопленный в процессе эксплуатации ультразвуковых расходомеров, и неоднократные испытания на надежность, выполненные в аккредитованной лаборатории Kamstrup и на AGFW в Германии, доказывают долговременную стабильность измерений, производимых ультразвуковыми преобразователями расхода.

9.2 Принципы

Толщина пьезокерамического элемента изменяется при воздействии электрического поля (напряжения).

Подвергаясь механическому воздействию, элемент генерирует электрический заряд. Таким образом, пьезокерамический элемент можно использовать в качестве приемника и передатчика.

Существуют два основных ультразвуковых метода измерений: транзитно‐временной метод и Допплеровский метод.

Метод Допплера основан на изменении частоты, которое происходит при отражении звука от движущейся частицы. Этот эффект наблюдается, когда мимо проезжает машина. Звук (частота) становится ниже по мере удаления машины.

9.3 Транзитно‐временной метод

В основе транзитно‐временного метода, используемого в MULTICAL® 302 , лежит тот факт, что для прохождения расстояния от передатчика к приемнику ультразвуковому сигналу, посланному по направлению потока, требуется меньше времени, чем сигналу, посланному против направления потока.

Разность времени прохождения в датчике расхода очень мала (наносекунды). Поэтому для достижения требуемой точности измеряется задержка фаз между двумя сигналами частотой 1 МГц.

Схема 4

В принципе, расход определяется измеряемой скоростью потока, умноженной на площадь сечения измерительной трубы:

где

Q – расход

F – скорость потока

A – площадь сечения измерительной трубы

Площадь сечения и длина пути, проходимого сигналом, в датчике расхода известны. Длину пути, проходимого сигналом, можно выразить как , , что можно также записать как:

где L – длина пути сигнала

V – скорость распространения звука

T – время

Для ультразвуковых датчиков расхода скорости распространения звука в воде по направлению потока и против потока V₁ и V₂ можно выразить как

V₁ =C-F  соответственно V₂ =C+F  

где C – скорость звука в воде

Используя вышеприведенную формулу, получаем:

что также можно записать как:

9.4 Пути прохождения сигналов

qp 0,6 ‐ 1,5 ‐ 2,5 м³/ч

Параллельный

Путь сигнала параллелен измерительной трубе, сигналы отражаются от рефлекторов.

9.5 Пределы расходов

В рабочем диапазоне расходов от порога чувствительности и гораздо выше qs счетчик имеет линейную зависимость между выходным сигналом и измеряемым расходом.

На практике наибольший возможный расход в датчике расхода определяется давлением в системе или кавитацией, возникающей в результате низкого давления.

Если расход ниже порога чувствительности или имеет обратное направление, MULTICAL® 302 не измеряет расход‐ В соответствии с EN 1434 верхним пределом расхода qs является наибольший расход, при котором датчик расхода может работать в течение коротких промежутков времени (<1 ч/сутки, <200 ч/год) без выхода за пределы допустимой погрешности. MULTICAL® 302 не имеет функциональных ограничений в течение периодов работы при расходах выше qp. Однако необходимо учесть, что при высоких скоростях потока возможно возникновение кавитации, особенно при низком статическом давлении. Подробнее о рабочем давлении см. в разделе 6.4.