Diseño de una nueva sonda de caudalímetro ultrasónico Doppler

Resumen: Excelentes fabricantes de caudalímetros y medidores de caudal proporcionan información de diseño sobre un nuevo tipo de sonda ultrasónica Doppler. Resumen: Se presenta un nuevo tipo de sonda ultrasónica Doppler de abrazadera, ideal para su instalación en tuberías. Se detallan el principio y la estructura del sensor, el material, la forma, la función y los parámetros importantes de cada componente principal. Más fabricantes de caudalímetros pueden seleccionar modelos y solicitar presupuestos. No dude en contactarnos. A continuación, se detalla el diseño de un nuevo tipo de sonda ultrasónica Doppler. Se presenta un nuevo tipo de sonda ultrasónica Doppler de abrazadera, ideal para su instalación en tuberías. Se detallan el principio y la estructura del sensor, el material, la forma, la función y los parámetros importantes de cada componente principal, y se explican la estructura básica, el diagrama esquemático y los resultados de la simulación del circuito de transmisión de la sonda. La práctica ha demostrado que el transductor ultrasónico tiene un rendimiento bueno y estable, y amplias posibilidades de aplicación. Introducción La sonda ultrasónica Doppler, o transductor, es el elemento sensor del caudalímetro Doppler. Generalmente se instala fuera de la tubería del fluido a medir, no entra en contacto con el fluido, no interfiere con su flujo, no presenta pérdida de presión y es de fácil mantenimiento, especialmente adecuada para líquidos tóxicos, nocivos, corrosivos y abrasivos. Sus principales ventajas son su alta resolución, su rápida respuesta a los cambios de caudal, su insensibilidad a factores como la presión, la viscosidad, la temperatura, la densidad y la conductividad del fluido, y la ausencia de deriva del cero. Esto afecta directamente la precisión de la medición del caudalímetro. Por lo tanto, tanto el diseño y el fabricante del caudalímetro como el departamento de usuarios otorgan gran importancia a la selección, el material, la estructura, el proceso y la instalación del transductor, buscando un rendimiento estable y de alta precisión. 1. Sensor ultrasónico. El sensor ultrasónico, también conocido como transductor ultrasónico, es un dispositivo que genera y recibe ondas ultrasónicas y es un componente importante del sistema de posicionamiento ultrasónico. El sensor ultrasónico se refiere a un transductor electroacústico, un dispositivo que no solo convierte energía eléctrica en energía sonora, sino también energía sonora en energía eléctrica. El sensor utilizado para transmitir ondas sonoras se denomina transmisor . Cuando el sensor está en estado de transmisión, la energía eléctrica se convierte en energía mecánica, y esta a su vez en energía sonora para recibir la onda sonora. El sensor se denomina receptor. Cuando el sensor está en estado de recepción, convierte la energía sonora en energía mecánica y posteriormente en energía eléctrica. El principio de funcionamiento de los sensores ultrasónicos es básicamente el mismo, generalmente con un elemento de almacenamiento de energía eléctrica y un sistema de vibración mecánica. Cuando se utilizan como transmisores, la señal eléctrica oscilante enviada desde la etapa de salida de la fuente de alimentación de excitación provoca un cambio en el campo eléctrico o magnético del elemento de almacenamiento de energía eléctrica del sensor. La fuerza lo hace vibrar, impulsando así el medio en contacto con el sistema de vibración mecánica del sensor para que vibre y radie ondas ultrasónicas en él. El proceso de recepción de ondas ultrasónicas es justo el inverso. En el caso de recibir ondas ultrasónicas, las ondas ultrasónicas externas actúan sobre la superficie de vibración del sensor, de modo que el sistema de vibración mecánica del sensor vibra, y el campo eléctrico o campo magnético en el elemento de almacenamiento de energía del sensor es causado por efectos físicos. Se produce un cambio correspondiente, haciendo que la salida eléctrica del sensor genere un voltaje y una corriente correspondientes a la señal acústica. Obtenga la información requerida mediante el procesamiento digital de señales de voltaje o corriente. La sonda del medidor de flujo Doppler ultrasónico se fabrica utilizando este principio. 2. Estructura de la sonda del medidor de flujo Doppler ultrasónico La sonda externa con clip del medidor de flujo Doppler ultrasónico no afecta el estado del fluido de la tubería durante la medición, la instalación y el mantenimiento, no tiene pérdida de presión de flujo y es portátil y fácil de desmontar. El diagrama esquemático de la estructura de la sonda se muestra en la Figura 1. La carcasa de la sonda está hecha de aluminio y tiene una ranura cóncava, que es fácil de agrupar e instalar en la pared exterior de la tubería con el clip exterior de la correa de fijación. La oblea del transductor piezoeléctrico está hecha de cerámica piezoeléctrica PsnN-51, con un excelente rendimiento. Las obleas piezoeléctricas son discos delgados que vibran a lo largo de su espesor y generan ondas ultrasónicas longitudinales. La cerámica piezoeléctrica presenta alta sensibilidad y temperatura de Curie, buena estabilidad temporal de diversos parámetros, alta constante dieléctrica y coeficiente de acoplamiento electromecánico, lo que la hace ideal para la medición de flujo Doppler ultrasónico en entornos de alta temperatura y alta presión. El material de soporte de la sonda es gel de sílice, un material absorbente de sonido de alta impedancia y alta atenuación, que absorbe las ondas ultrasónicas radiadas desde la parte posterior de la oblea del transductor piezoeléctrico y las convierte en energía térmica, reduciendo así la interferencia causada por la radiación posterior. El elemento de adaptación es un inductor, que mejora el rendimiento del acoplamiento electromecánico entre los circuitos de transmisión y recepción y la oblea del transductor piezoeléctrico. El extremo frontal del chip cuenta con una capa de adaptación de impedancia con un espesor de 1/4 de la longitud de onda ultrasónica. Esta capa permite la transición de la impedancia acústica entre el chip transductor y la cuña acústica, evitando la reducción del coeficiente de transmisión de la interfaz debido a la diferencia significativa de impedancia. Esto evita que la oscilación del elemento transductor piezoeléctrico con un valor Q elevado afecte el rendimiento de transmisión y recepción de la sonda. El diseño del ángulo de inclinación de la cuña acústica y la selección del material buscan evitar una fuerte reverberación durante la propagación de la onda ultrasónica en la tubería y el fluido, y mejorar la intensidad de la señal. Se utiliza polieterimida (PEI), y la velocidad del sonido c de propagación de la onda longitudinal a temperatura normal (20 °C) es de 2424 m/s. 3. Diseño y simulación del circuito de transmisión de la sonda Doppler. La estructura básica del circuito de transmisión ultrasónica se muestra en la Figura 2.

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