Ультразвуковой расходомер, нужна формула Опции

[jack_avenger]

Здравствуйте. Уже 4-ю неделю пытаюсь получить адекватные значения с ультразвукового расходомера для жидкостей, но показания всегда плывут в зависимости от температуры.
У меня расходомер китайский, геометрических размеров нет, есть только то, что удалось намерять штангенциркулем, поэтому все размеры приблизительные.

Нашел похожую картинку, 4 и 6 - датчики.


Расходомер состоит из 2-х пьезодатчиков, каждый из которых попеременно выступает и передатчиком, и приемником. Сначала запускаю импульсы против течения жидкости, получаю время Tup, потом за течением и время Tdn.
Далее через формулу получаю объем V = S * ((0.5*L/Tdn)-(0.5*L/Tup)), где
S - площадь сечения трубы в зоне распостранения ультразвука
L - расстояние между датчиками.
По указанной формуле удается скалиброваться на одном расходе, но с изменением температуры плывет и расход.
Дело в том, что L у меня состоит из 2 участков (~10мм), перпендикулярных направлению жидкости и 1-го "честного"(~56мм), где сигнал распостраняется параллельно потоку жидкости.
Пытался вычесть из Tup, и Tdn время прохождения перпендикулярных участков, но это ничего не дало.

Кто сталкивался с такой задачей, помогите формулой или советом куда копать.

[jack_avenger]

Что-то тут в порядках не так. За такую точность грудь давно в медалях бы была

Это в теоретическая погрешность, рассчитанная для случая если неизвестно расстояние между зеркалами. С реальными данными не имеет ничего общего, особенное если датчик начинает нагреваться, расширяется труба, увеличивается расстояния между зеркалами, увеличивается фактический путь для УЗ сигнала.
Поэтому я и написал что "задача усложнилась", о тепловом расширении при создании первого поста я еще не подозревал.

На длях испытывал счетчик на государственном эталоне, до сих пор никак не могу понять почему при стабильной температуре плывет погрешность, причем чем меньше расход, тем больше погрешность уходит в "+". Если б не грубая коррекция (отнимание каждую секунду 1 грамм при наличие расхода), то в точность +/- 3% уже б не вложился.
Грешу на 2 фактора:
- давление (менялось в зависимости от расхода, так устроен эталон)
- что-то мне непонятное, вроде турбулентности

А для квартиры-- там вообще расходы маленькие, в низу, на малых скоростях потока можно вообще перескочить в ламинарный режим., Никто дома воду не льет, да и тепло берегут.
соответсвенно скорости маленькие.

Расходы действительно небольшие, обычно у нас ребята настраивают где-то на 120 л/час, но счетчик обязан считать нормально во всем диапазоне расходов.

А самое главное дороги ультразвуковые для бытовых. Вертушки в 10 баксов вкладываются по себестоимости. у Вас цена на порядок больше будет

Ну это от жадности производителя зависит. Если получится скорректировать существующий датчик или хотя бы "за ушы" втянуть в нужный диапазон, то цена теплосчетчика будет не сильно дороже механического, а из плюсов получаем что на него не влияет постоянный магнит как на механический.

[HardEgor]

На длях испытывал счетчик на государственном эталоне, до сих пор никак не могу понять почему при стабильной температуре плывет погрешность, причем чем меньше расход, тем больше погрешность уходит в "+". Если б не грубая коррекция (отнимание каждую секунду 1 грамм при наличие расхода), то в точность +/- 3% уже б не вложился.
Грешу на 2 фактора:
- давление (менялось в зависимости от расхода, так устроен эталон)
- что-то мне непонятное, вроде турбулентности

Если неправильно сделана схема, то при увеличении давления на пьезоэлементе будет увеличиваться постоянное напряжение, соответственно пороговый элемент раньше срабатывает.
А турбулентность будут размывать фронты, для этого надо измерять задежку не по фронту сигнала, а по середине первого импульса, т.е. ловишь фрон, ловишь спад, вычисляешь среднее.

Расходы действительно небольшие, обычно у нас ребята настраивают где-то на 120 л/час, но счетчик обязан считать нормально во всем диапазоне расходов.

Ультразвук хорош тем что может измерять в широком диапазоне скоростей, но есть сложности с температурной компенсацией.

Сообщение отредактировал HardEgor - Apr 27 2013, 13:58

[Владимир]

Если неправильно сделана схема, то при увеличении давления на пьезоэлементе будет увеличиваться постоянное напряжение, соответственно пороговый элемент раньше срабатывает.
А турбулентность будут размывать фронты, для этого надо измерять задежку не по фронту сигнала, а по середине первого импульса, т.е. ловишь фрон, ловишь спад, вычисляешь среднее.


Ультразвук хорош тем что может измерять в широком диапазоне скоростей, но есть сложности с температурной компенсацией.

Как это интересно оно "размоет" У датчика емкость приличная. За время прохождения пути структуру воду можно считать неподвижной.
Что по фронту, что по указанной середине---все плывет в большей или меньше степени.

У меня обработка принятого сигнала сделана не на АЦП + DSP, а на время-числовом преобразователе, на вход которого идет переменное напряжение. Для первого импульса порог установлен в 35 мВ, а время считалось по 6-му импульсу, для которого порог уже сбрасывался в 0 мВ. Поэтому влияние постоянного напряжения исключаю.

зачем такой маленький Можно и пропустить.
Ставьте первый порог большой, второй порог нулевой. По первому синхрнизируетесь, по второму ловите и считаете времена. Переход через ноль как раз всегда практически на месте стоит.
В формуле учитываете лишний период, что время считаете не по первому фронту , по спаду после него

[HardEgor]

Как это интересно оно "размоет" У датчика емкость приличная. За время прохождения пути структуру воду можно считать неподвижной.
Что по фронту, что по указанной середине---все плывет в большей или меньше степени.

Причем здесь емкость? Как это неподвижной, если она создаёт задержку УЗ-пакета которую измеряем?
Вообщем турбулентность - это большая тема. Вкратце - всё зависит от препятствий их создающих, в некоторых точках скорость может превышать в несколько раз скорость основного потока. Еще турбуленции могут двигаться или стоять на месте. Если фронт волнового УЗ-пакета попадает на неё - естественно происходит искажение. При усреднении они фильтруются, но ошибку увеличивают.
Плюс могут появляться шумы от них на самих датчиках.
Еще скорее всего идут переотражения от стенок и остальных препятствий, и в зависимости от скорости потока меняется интерференционная картина.

[Владимир]

Причем здесь емкость?.

Керамика- это еще и конденсатор. Хотите этого или нет.

Как это неподвижной, если она создаёт задержку УЗ-пакета которую измеряем

Задержку создает не то что вода а течет, а то, что она есть.
Небольшое относительно изменение задержки и связано со скоростью воды. Порядок этого относительного изменения-- отношение скорости звука в воде к скорости потока. в первом приближении 3 порядка.
Ультразвук проносится мерный участок грубо говоря за микросекунды. За это время вода почти нисколько еще не протекла. И уж тем более форму турбулентности не сильно потеряла.

Вообщем турбулентность - это большая тема.

с этим никто не спорит

Плюс могут появляться шумы от них на самих датчиках.

Это не плюс, а минус. И шумы это не самое страшное. Если это шумы в большом смысле этого слова.
Страшное --это что датчик долго "звинит" после своего возбуждения, + ультразвак, если мерник из металла по трубе быстрее доходит. Это уже не шум, а помеха. И с ней гораздо труднее бороться.

Еще скорее всего идут переотражения от стенок и остальных препятствий, и в зависимости от скорости потока меняется интерференционная картина.

Переотражения не так страшны. При них средняя скорость формально идет по всему объему. Хуже изменения фазы на переотражениях, и попадание на стенки мерника ультразвука-- а далее опять коротким потем (с точки зрения звука) на датчик