РАСЧЕТ УЛЬТРАЗВУКОВОГО РАСХОДОМЕРА.

Целью расчета является, выбор рациональной схе­мы ультразвукового расходомера, основных конструктивных пара­метров преобразователей, определение рабочей частоты ультразвуковых колебаний и других параметров.

Исходные данные:

· контролируемая среда – вода

· материал трубопровода – нержавеющая сталь

· диаметр трубы – 300 мм

· толщина трубы – 5 мм

· скорость потока – 4 м/с

Расчет ультразвукового преобразователя с фазовой схемой.

1. Определим внутренний диаметр трубы – D=300мм - 2*5мм=290мм

2. Определим диапазон рабочих частот ультразвуковых ко­лебаний.

Нижняя граница диапазона частот определяется для преобразова­телей без преломления и с преломляющей поверхностью по форму­лам (3) и (6). При этом принимают Df = 2 рад, a и b не превыша­ют 60°, скорость звука в жидких средах 1500 м/сек. Верхняя граница частот определяется размерами твердых частиц в контролируемой среде. Длина волны ультразвуковых колебаний должна быть на по­рядок больше размера частиц.

Возьмем следующие значения углов: a = 40°, b₁ = 35°, b₂ = 30°

Тогда для преобразователя без преломления:

w_min=2163 кГц

f_min=344 кГц

А для преобразователя с преломлением:

w_min=10863 кГц

f_min=1730 кГц

3. Расчет коэффициента пропускания ультразвуковой волны че­рез контролируемую среду

- в случае нормального падения ультразвуковой волны 

- в случае падения ультразвуковой волны под углом

где a = 40º, b₁ = 35º, b₂ = 30º

4. Расчет минимально допустимого радиуса пьезоэлементов:

5. Расчет угла a и рабочей частоты f для преобразователей без преломления по формуле (3) и для преобразователей с преломле­нием по формуле (6). При этом можно задаваться различными зна­чениями угла a, но не превышающими 60°.

Зная f_min можно подобрать f для преобразователя без преломления и с преломлением:

без преломления

f₁ = 3 МГц

 с преломлением

f₁ = 2 МГц  

Расчет ультразвукового преобразователя с импульсной схемой.

1. Расчет разности времен прохождения импульсов для преобр­азователя без преломления по формуле (7) и с преломлением по формуле (8).

Возьмем угол a=40º и найдем по формуле (7) и (8) разность времен прохождения импульсов для преобразователя без преломления и с преломлением:  

 2. Расчет коэффициента пропускания ультразвуковой волны че­рез контролируемую среду

- в случае нормального падения ультразвуковой волны 

- в случае падения ультразвуковой волны под углом

где a = 40º, b₁ = 35º, b₂ = 30º

       3. Расчет минимально допустимого радиуса пьезоэлементов:

где С_п - скорость звука в материале пьезоэлемента.

4. Расчет угла a и величины Dt_max для преобразователей без преломления по формулам (7) и с преломлением по формулам (8).

Для преобразователя без преломления:

Исходя из формулы (7) можно сделать следующий вывод, что максимальное значение Dt_max будеттогда, когда tga будет максимальным, а это возможно лишь в том случае, если угол a устремить к 90º. Следовательно, максимальное значение Dt_max будет в случае, когда угол a = 89,(9)º.

Для преобразователя с преломлением:

Исходя из формулы (8) можно сделать следующий вывод, что максимальное значение Dt_max будеттогда, когда sina будет максимальным, а это возможно лишь в том случае, если угол a сделать равным 90º.

РАСЧЕТ РАСХОДОМЕРОВ.