Conception d'une nouvelle sonde de débitmètre à ultrasons Doppler

Résumé : Les informations de conception d'un nouveau type de sonde de débitmètre à ultrasons Doppler sont fournies par d'excellents fabricants de débitmètres. Résumé : Un nouveau type de sonde de débitmètre à ultrasons Doppler à pince, adaptée à l'installation sur canalisations, est présenté. Le principe et la structure du capteur de débitmètre à ultrasons Doppler, le matériau, la forme, la fonction et les paramètres importants de chaque composant principal sont détaillés. D'autres fabricants de débitmètres sélectionnent des modèles et des devis. N'hésitez pas à nous contacter. Vous trouverez ci-dessous les détails de conception d'un nouveau type de sonde de débitmètre à ultrasons Doppler. Un nouveau type de sonde de débitmètre à ultrasons Doppler à pince, adaptée à l'installation sur canalisations, est présenté. Le principe et la structure du capteur de débitmètre à ultrasons Doppler, le matériau, la forme, la fonction et les paramètres importants de chaque composant principal sont détaillés. La structure de base, le schéma et les résultats de simulation du circuit d'émission de la sonde sont également exposés. La pratique a prouvé que ce transducteur à ultrasons offre de bonnes performances et de larges perspectives d'application. Introduction La sonde Doppler ultrasonique, ou transducteur, est l'élément sensible du débitmètre Doppler. Elle est généralement installée à l'extérieur de la canalisation du fluide mesuré. Elle n'est pas en contact avec le fluide mesuré, n'interfère pas avec son écoulement, ne subit aucune perte de charge et est facile d'entretien. Elle est particulièrement adaptée aux liquides toxiques, nocifs, corrosifs et abrasifs. Ses principaux avantages sont une haute résolution, une réponse rapide aux variations de débit, une insensibilité aux facteurs tels que la pression, la viscosité, la température, la densité et la conductivité du fluide, et l'absence de dérive du zéro. Elle affecte directement la précision de mesure du débitmètre. Par conséquent, tant le concepteur et le fabricant du débitmètre que le service utilisateur accordent une grande importance au choix, au matériau, à la structure, au processus et à l'installation du transducteur, afin d'obtenir une haute précision et des performances stables. 1. Capteur à ultrasons. Un capteur à ultrasons, également appelé transducteur à ultrasons, est un dispositif qui génère et reçoit des ondes ultrasonores et constitue un élément essentiel du système de positionnement par ultrasons. Un capteur à ultrasons est un transducteur électroacoustique, un dispositif capable non seulement de convertir l'énergie électrique en énergie sonore, mais aussi l'énergie sonore en énergie électrique. Le capteur utilisé pour transmettre les ondes sonores est appelé émetteur . En mode émission, l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique, puis en énergie sonore pour recevoir l'onde sonore. Le capteur est appelé récepteur. En mode réception, il convertit l'énergie sonore en énergie mécanique, puis en énergie électrique. Le principe de fonctionnement des capteurs à ultrasons est fondamentalement le même, généralement avec un élément de stockage d'énergie électrique et un système de vibration mécanique. En mode émetteur, le signal oscillant électrique envoyé par l'étage de sortie de l'alimentation d'excitation modifie le champ électrique ou magnétique de l'élément de stockage d'énergie électrique du capteur. La force le met en vibration, ce qui fait vibrer le milieu en contact avec le système de vibration mécanique du capteur et y diffuse des ondes ultrasonores. La réception des ondes ultrasonores est exactement le même. Lors de la réception d'ondes ultrasonores, les ondes ultrasonores externes agissent sur la surface vibrante du capteur, ce qui provoque des vibrations mécaniques du capteur. Le champ électrique ou magnétique dans l'élément de stockage d'énergie est alors généré par des effets physiques. Une modification correspondante se produit, générant une tension et un courant correspondant au signal acoustique à la sortie électrique du capteur. Les informations requises sont obtenues par traitement numérique des signaux de tension ou de courant. La sonde du débitmètre à ultrasons Doppler est fabriquée selon ce principe. 2. Structure de la sonde du débitmètre à ultrasons Doppler : la sonde externe à pince du débitmètre à ultrasons Doppler n'affecte pas l'état du fluide de la canalisation pendant la mesure, l'installation et la maintenance. Elle est également sans perte de charge et portable et facile à démonter. Le schéma de la sonde est présenté à la figure 1. Le boîtier de la sonde, en aluminium, présente une rainure concave qui facilite son installation sur la paroi extérieure de la canalisation grâce à la pince extérieure de la sangle de fixation. La plaquette de transducteur piézoélectrique adopte un matériau céramique piézoélectrique PsnN-51 offrant d'excellentes performances. Les plaquettes piézoélectriques sont des disques minces vibrant dans le sens de l'épaisseur, produisant des ondes ultrasonores longitudinales. La céramique piézoélectrique présente une sensibilité et une température de Curie élevées, une bonne stabilité temporelle de divers paramètres, une constante diélectrique et un coefficient de couplage électromécanique élevés. Elle est idéale pour la mesure de débit par effet Doppler ultrasonore dans des environnements à haute température et haute pression. Le support de la sonde est en gel de silice, un matériau absorbant acoustique à haute impédance et à forte atténuation. Il absorbe les ondes ultrasonores émises par la face arrière de la plaquette et les convertit en énergie thermique, réduisant ainsi les interférences causées par le rayonnement arrière. L'élément d'adaptation est une inductance, ce qui améliore les performances de couplage électromécanique entre les circuits d'émission et de réception et la plaquette de transducteur piézoélectrique. La face avant de la puce est dotée d'une couche d'adaptation d'impédance d'une épaisseur équivalant au quart de la longueur d'onde ultrasonore. Cette couche permet d'assurer la transition d'impédance acoustique entre la puce du transducteur et le coin acoustique, évitant ainsi la réduction du coefficient de transmission de l'interface due à une différence d'impédance importante. L'élément transducteur piézoélectrique doit être exempt d'oscillations avec une valeur Q élevée, ce qui pourrait affecter les performances d'émission et de réception de la sonde. L'angle d'inclinaison du coin acoustique et le choix du matériau ont été conçus pour éviter une forte réverbération lors de la propagation des ondes ultrasonores dans la canalisation et le fluide, et pour améliorer l'intensité du signal. Le polyétherimide (PEI) est utilisé ici, et la vitesse de propagation des ondes longitudinales c à température ambiante (20 °C) est de 2424 m/s. 3. Conception et simulation du circuit d'émission de la sonde Doppler. La structure de base du circuit d'émission ultrasonore est illustrée à la figure 2.

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