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. В расходомере двухлучевого исполнения, построенного на базе двухканального измерителя, на один трубопровод (ИУ) устанавливаются две пары ПЭА. При этом измерение расхода по каждому лучу ведется независимо, а измеренное значение расхода в трубопроводе вычисляется по формуле

где W1=W2=0,5 – весовые коэффициенты для каждой пары ПЭА (каждого луча);

Q1, Q2 – расход, измеренный по лучу 1 и лучу 2 соответственно.

В расходомере четырехлучевого исполнения, построенного на базе четырехканального измерителя, на один трубопровод устанавливаются четыре пары датчиков. При этом измерение расхода по каждому лучу ведется независимо, а измеренное значение расхода в трубопроводе вычисляется по формуле

где W1=W4=0,1382; W2=W3=0,3618 (при размещении ПЭА по хордам в соответствии с инструкцией по монтажу).

1.5.1.4. Значение расхода определяется при выполнении условия:

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

Q – текущее значение расхода, м³/ч.

Рекомендуемое значение нижней отсечки соответствует скорости потока 0,035 м/с.

Если выполняется условие Q < Q_отс, 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 > Q_max (где Q_max соответствует скорости потока 10,6 м/с) измерение расхода продолжается, но прекращается накопление и архивирование объема, выдача импульсов на универсальном выходе, а ток на выходе становится равным верхнему значению диапазона.

1.5.1.5. Накладные ПЭА устанавливаются на наружную стенку ИУ без вскрытия трубопровода, врезные ПЭА – в отверстия в стенках ИУ.

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

- Z-схема – ПЭА размещаются на противоположных стенках ИУ в плоскости, проходящей вдоль оси ИУ (установка «по диаметру») либо параллельно оси ИУ (установка «по хорде» – только врезные ПЭА); 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  УЗС проходит в два раза больший путь, чем при Z-схеме);

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

1.5.1.6. Зондирование потока жидкости может производиться одним, двумя или четырьмя лучами (рис.3).

а) однолучевое зондирование по диаметру;

б) двухлучевое зондирование по хорде (для врезных ПЭА);

в) двухлучевое зондирование по диаметру;

г) четырехлучевое зондирование по хорде (для врезных ПЭА).

Рис.3. Расположение пар ПЭА по сечению трубопровода при различных способах зондирования потока жидкости.

Возможные варианты установки ПЭА указаны в табл.3.

Таблица 3

* – нетиповой монтаж