8 Расходомер

8.1 Ультразвук и пьезокерамика

Ультразвуковые измерения на протяжении последних двадцати 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.

8.2 Принципы действия

Под воздействием электрического поля (напряжения) толщина пьезокерамического элемента изменяется. При механических воздействиях им генерируется электрическое поле. Поэтому пьезокерамический элемент может работать как излучатель, и как приемник сигнала.

Два основных принципа ультразвуковых измерений расхода - это метод, основанный на разности времени прохождения сигнала, и метод на основе эффекта Допплера.

Метод Допплера основывается на регистрации изменения частоты звука, отражающегося от движущихся частиц. Это напоминает эффект, наблюдаемый при проезде автомобиля мимо наблюдателя. Звук (частота) понижается по мере удаления автомобиля.

8.3 Транзитно-временной Метод

Применяемый метод основан на том факте, что ультразвуковому сигналу, направленному против движения потока, для прохождения расстояния от излучателя до приемника требуется больше времени, чем сигналу, направленному по направлению движения потока.

Разность времени прохождения сигнала в пределах измерительной трубы расходомера крайне мала (порядка наносекунд). Поэтому для достижения необходимой точности измерения разность времени прохождения сигнала определяют по разности фаз между двумя звуковыми сигналами частотой 1 MГц.

График 4

В принципе определение величины объемного расхода производится измерением скорости потока и умножением его на площадь сечения измерительной трубы:

где:

Q - объемный расход

F - скорость потока

A - площадь сечения трубы.

Площадь сечения трубы и расстояние, которое проходит сигнал в измерительной трубе, известны.

Расстояние, проходимое сигналом, можно представить в виде выражения L = T x V , которое можно также записать как

где:

L - расстояние измерительного отрезка

V - скорость прохождения звукового сигнала

T - время его прохождения.

В применении к ультразвуковым расходомерам скорости V ₁ и V₂  можно записать как:

V₁ = C - F   V₂ = C + F 2 , соответственно

где:

C скорость распространения звука в воде

Применяя вышеприведенную формулу, получаем:

что можно выразить как

Поскольку C>>F , F² можно принебречь и выражение упростить как

Чтобы избежать неточности, вызываемой изменениями скорости звука в воде, производят ее измерение. Измерения скорости распространения звука в воде производятся встроенной специализированной ИС. Для этой цели предпринимается ряд измерений абсолютного времени прохождения сигнала между двумя приемопередатчиками. Эти измерения абсолютного времени затем пересчитываются в текущую скорость распространения звука, используемую далее в вычислении расхода.

8.4 Маршруты сигнала

8.5 Граничные значения расхода

В рамках всего рабочего диапазона от нижнего порога чувствительности и далеко за пределами qs существует линейная зависимость между проходящим объемом воды и измеренным значением расхода.

На практике наибольший возможный расход через счетчик ограничивается рабочим давлением в системе или возникшей в результате слишком низкого противодавления кавитацией.

Если расход ниже порога чувствительности или имеет обратное направления, MULTICAL® 402 не регистрирует расхода.

Верхнее граничное значение расхода qs согласно DS/EN 1434 представляет собой наивысшее значение расхода, при котором расходомер может работать в течение коротких промежутков времени (<1ч/сутки, <200 ч/год), без превышения максимально допустимой погрешности. Для MULTICAL® 402 не существует ограничений по времени работы с превышением qp. При высоких значениях расхода следует, однако, учитывать риск кавитации, особенно при низком статическом давлении. Подробнее о рабочем давлении см. в Разделе 6.5.