ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТІ РОЗРОБКИ ФАЗО-ЧАСТОТНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ШВИДКОСТІ ПОТОКУ ПРИРОДНОГО ГАЗУ В ЗАКРИТИХ ТРУБОПРОВОДАХ МАЛОГО ДІАМЕТРА

Анотація

Досліджено можливість розробки фазо-частотного ультразвукового вимірювального перетворювача швидкості потоку природного газу в закритих трубопроводах малого діаметра. Аналіз сучасних ультразвукових витратомірів показує наявність мертвої зони у разі невеликого діаметра газопроводу, що вимагає інших рішень в умовах ближньої зони. Це зумовлює необхідність створення витратомірів з високими метрологічними характеристиками та широкою сферою застосування. Розроблено математичну модель фазо-частотного ультразвукового вимірювального перетворювача, використовуючи яку швидкість потоку можна визначити за допомогою чотирьох частот ультразвукової хвилі та відповідних фазових зсувів сигналів, за яких фазові зсуви лежали в межах кількості цілих довжин акустичної хвилі. Це дає змогу розширити робочий діапазон, вибрати оптимальну частоту ультразвукової хвилі для роботи вимірювального перетворювача та збільшити точність вимірювання. На основі запропонованої математичної моделі, розроблено структурну схему фазо-частотного вимірювального перетворювача швидкості потоку та засобу вимірювального контролю витрат природного газу, який складається з ділянки трубопроводу, двох передавальних та двох приймальних п’єзоелементів, двох генераторів, двох формувачів імпульсів, двох фазових детекторів та мікропроцесорного блока. Для дослідження запропонованої математичної моделі вимірювального перетворювача зібрано експериментальну установку, що складається з генератора сигналів, осцилографа, вимірювальних датчиків, розміщених на ділянці трубопроводу, та генератора потоку повітря, і дає змогу отримати залежність зсуву фази сигналів від швидкості потоку. Отримані експериментальні дані свідчать про перспективність практичного застосування фазо-частотного методу вимірювання швидкості потоку та створення на його базі ультразвукового витратоміра з високими метрологічними характеристиками, здатного працювати в умовах ближньої зони.