Ultradźwiekowy pomiar przepływu cieczy

Razu pewnego zrobiłem taki układ: Rezonator kwarcowy 5.12MHz na CD4060, na wyjściu Q7 miałem 40KHz. prostokąt. Na jakichś dodatkowych bramkach oraz dzielniku stworzyłem układ który co kilka ms na wyjsciu dawał 4 cykle z 40kHz. Ten 4 cykle wysterowały niewielki nadajnik ultradźwiękowy za pomocą małego IRFa. Odbiornik wykonałem na TL072 ale sprawdzałem też wzmacniać na różnych bramkach CMOS i najlepiej jako wzmacniacz z bramek spisywały się 4x

2-wejscioe XOR. Dodatkowe kilka bramek w odbiorniku pozwalały na synchronizację startu i stopu nadajnika z impulsami taktującymi nadajnika i ostatecznie na wyjsciu bramki AND miałem krótki impuls startu a po nim następowała seria 4 szpilek 40KHz odebrana przez odbiornik Mierząc czas między impulsem startu a pierwszą szpilką mozna było mierzyć odległość nadajnika od odbiornika. Układ spisywał się dość dobrze w zakresie do kilkudziesięciu cm ale wtedy gdy nadajnik był skierowany twarza do odbiornika. Gdy jednak chciałem mierzyć na zasadzie wysyłania i powrotu wiązki z tego samego punktu (echosonda) to układ nie działał już tak pewnie. Problemem jaki zaobserwowałem na oscyloskopie była obecność odbić z kilku punktów. Z 4 nadanych szpilek powracały czasem czyste 4 szpilki ale cześciej 4 mocne 4 słabsze i w innej fazie. Powodowało to błedy pomiaru. Myślę teraz nad ponowieniem doświadczeń ale już z wykorzystaniem np. atmela. Lepiej grzebać w programie niż lutownica klecić bramki :) Docelowo chciałem stworzyc układ dający możliwośc pomiaru przepływu cieczy w rurce plastikowej bezinwazyjnie . Myślę wykorzystac efekto doplera tak że czas powrotu nadanej wiązki będzie się zmieniał w przypadku ruchu medium w jakim wiązka zostanie wyemitowana. Nie wiem tylko czy uda się to zrealizować z typowymi nadajnikami i odbiornikami które są dostępne np. TME. Dotychczasowe eksperymenty wykazały że raczej nie.

Ktoś się może z forumowiczów zajmował tematem ? Macie jakies podpowiedzi ?

Marek

Reply to
marko1a
Loading thread data ...

Użytkownik "marko1a" snipped-for-privacy@lycos.de napisał w wiadomości news:ginn3b$bhf$ snipped-for-privacy@nemesis.news.neostrada.pl...

Nie wiem czy Ci sie to tak latwo uda - w jednorodnej cieczy nie bardzo jest sie od czego odbic.

Gotowe konstrukcje maja raczej dwa transduktory i mierza czas przelotu w jedna i w druga strone. No i raczej sa "inwazyjne".

J.

Reply to
J.F.

Użytkownik "J.F." <jfox snipped-for-privacy@poczta.onet.pl> napisał w wiadomości news:gio1f7$rub$ snipped-for-privacy@news3.onet...

Gdzieś pooglądałem sobie jakieś rysunki poglądowe zasady działania i wynikało że jest nadajnik odbiornik. A gdybyzrobic układ taki: Nadajnik przyklejony w jednym miejscu rurki a w oddalonym o jakies 5cm przyklejony odbiornik. Muszę spreparować taka rurkę z nadajnikiem i odbiornikiem, podłaczyć pod wodę i zobaczyc czy ultradzwięki wogóle przejdą do odbiornika. Jeżeli tylko impuls ultradzwiękowy wywoła jakąś falę w medium jakim będzie woda, i tafala dotrze do odbiornika to wydaje mi się że będzie to wielki sukces. Można mierzyć czas przejścia i gdy woda będzie płynąć prędkości przepływu będzie sieprzekładać na czas przejścia impulsu.

Co do inwazyjnych wiem że sa też bezinwazyjne. I to dość często spotykane. Niestety cena jest dla mnie odstraszająca... kilka tyś zł.

Marek

Reply to
marko1a

Witam

Najlepiej zobaczyć jak są zbudowane fabryczne przepływomierze ultradźwiękowe, np. Kamstrup, Danfoss. Temat nie jest taki prosty w praktycznej realizacji (jeśli chce się uzyskać jakąś dokładność), zwłaszcza dla niewielkich srednic i przepływów. Poza tym nie jestem pewien czy tam nie są stosowane przetworniki to MHz.

Pozdrawiam

Jacek

Reply to
jacek
15 lat temu miałem trochę do czynienia z monatażem i serwisem takich urządzeń. Częstotliwości to MHz-e. Dwa przetworniki w pewnej odległości od siebie wzdłuż rury po przeciwnych stronach, patrzące na siebie ukosem w stosunku do osi rury. Np. dla rury fi=25cm odległość ok 1m. Wykorzystywany efekt Dopplera. Badanie różnicy czasów przejścia impulsów, lub różnic częstotliwości fali po przejściu z prądem i pod prąd. Sposób inwazyjny: to wiercenie dziur w rurze, nagwintowanie lub przyspawanie nagwintowanego kołnierza i wkręcenie przetworników z lekko wystającymi do wewnątrz, ukośnymi czołami (tak żeby mogły na siebie patrzeć). Obracając przetwornikiem ustawiało się maksimum sygnału. Sposób bezinwazyjny, ale aparatura była kosztowniejsza, czulsza i odporniejsza na fałszywe sygnały. Dwa przetworniki przykładane były do rury po ukosie. Przetworniki były specjalnie ukształtowane, aby dokładnie przylegały do rury i emitowały falę ukośną w stosunku do osi rury.
Reply to
Darkac

Darkac pisze:

W takim przepływomierzu nie wykorzystuje się efektu Dopplera, ale uniesienie fali przez przepływające medium.

Efekt Dopplera wykorzystywany może być wtedy, kiedy w cieczy jest coś, co odbija (rozprasza) dźwięki. Ewentualnie obiekty takie mogą być celowo wprowadzone (np. bąbelki).

W. Bicz

formatting link

Reply to
Wiesław Bicz

Użytkownik "Darkac" snipped-for-privacy@wp.pl napisał w wiadomości news:giq6fh$bj9$ snipped-for-privacy@news.lublin.pl...

Powiedz mi jak wygląda przetwornik na te MHz-e. Przecież to już fale radiowe a nie ultradźwięki.

Marek

Reply to
marko1a

Jestem w stanie się z tym zgodzić, nie ma ruchu ani źródła dźwięku, ani odbiornika.

Taka częstotliwość np. od 2 MHz do 20 MHz jest normalna i typowa dla urządzeń medycznych typu: USG lub detektory tętna płodu, tokografy, pachymetry itp. Przetworniki są piezoelektryczne, ceramiczne, kwarcowe itp. Taki czysty przetwornik musi być odpowiednio obudowany aby był z tyłu odpowiednio obciążony mechanicznie. Ma to kolosalny wpływ na sprawność emisji i reakcji na impulsy. Poprzez swoje rozmiary jest zwykle jest nastrojony na dość wąskie pasmo, dla niego rezonansowe. On sam ma często kształt profilowany sferycznie, aby ogniskował falę. Do tego odpowiednio dostrojony obwód elektryczny (jak do anteny). Całość tworzy tzw. głowicę ultradźwiękową. Całe zagadnienie bardzo złożone, nie do zaprojektowania i wykonania w warunkach amatorskich. W Polsce dobrze zna się na tym może ze 3 osoby. Te głowice, z którymi miałem do czynienia miały postać aluminiowych walców średnicy ze 3cm i długości z 10 cm. Jeden koniec skośnie ścięty i na tej skośnej płaszczyźnie przykryty jakąś szklaną płytką przetwornik piezoelektryczny średnicy jakieś 2cm. Wewnątrz walca, za przetwornikiem, kilka cm warstw elastycznych substancji tłumiących, potem jakieś cewki i kondensatory. Z drugiego końca gniazdo BNC. Na zewnątrz walca kilka cm gwintu. Aparatura stosowana była w wodociągach do pomiaru sumarycznego przepływu w grubych rurach. Co kilka lat trzeba było wymieniać przetworniki, bo niby czysta woda była jednak agresywna i robiła wżery w aluminium wokół przetworników i w końcu przeciekała do wewnątrz, uszkadzając głowicę.

Reply to
Darkac

A jak może wyglądac konstrukcyjnie taki przetwornik bezinwazyjny wielkości paczki paierosów? Widziałem takie w necie.

Jednak z tego co widzę to chyba nie warto podejmowac tematu, bo złożonośc przetworników jest ponad moją miarę w moich amatorskich warunkach. A gdybym miał wydawać na same przetworniki setki zł to już lepiej nabyć gotowca.

Marek

Reply to
marko1a

Jak jest zbudowana taka głowica bezinwazyjna, to nie widziałem, bo była nierozbieralna. Można się domyślać, że umieszczony ukośnie przetwornik obudowany był z tyłu warstwami tłumiącymi, a z przodu przewodzącymi - dopasowującymi do przewodnictwa przez rurę. Wszystko owiane tajemnicą firmy produkcyjnej. Mając gotowe przetworniki i duuuuużo czasu można ewentualnie pobawić się w konstrukcję elektroniki, ale to zadanie raczej dla wieloosobowej, dobrze wyposażonej pracowni konstrukcyjnej. Trzeba pamiętać, że przy pomiarze bezinwazyjnym występuje wiele szkodliwych zjawisk, które trzeba odfiltrować. Na przykład przewodnictwo dźwiękowe samej rury, odbicia od powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych rury, odbicia od jej niejednorodności: np. niedalekich kołnierzy, kolanek, rozgałęzień, manometrów, zaworów. Metal i woda dobrze przenoszą dźwięki. To wszystko generuje mylne sygnały. Brrr!!! Bagno. Dlatego ta aparatura tyle kosztuje.

Reply to
Darkac

Wiesz - dawniej fale radiowe to byly 16kHz .. teraz potrafia byc i kilka Hz.. z kolei ultradzwieki doszly do GHz ..

J.

Reply to
J.F.

to jest raczej ciężka sprawa - do ścieków używa się przepływomierze elektromagnetyczne np ABB a z polskich to chyba metalchem gliwice robił

jeffrey

Reply to
Jeffrey

Z tymi GHz-mi to przesada. Z tego co mi wiadomo, to przynajmniej w medycynie używane są częstotliwości najwyżej kilkadziesiąt MHz. Z częstotliwością drastycznie rośnie tłumienie i dlatego maleje zasięg. Np. dla 30 MHz zasięg to najwyżej kilka milimetrów, czyli nadaje się to badania skóry, czy soczewki lub rogówki oka.

Reply to
Darkac

Darkac pisze:

Mikroskopy ultradźwiękowe pracują jak najbardziej na GHz, i to już od wielu lat.

To samo dotyczy filtrów na falach powierzchniowych.

Tłumienie oczywiście z zasady wzrasta wraz z częstotliwością, ale nie znaczy to, że GHz są jakąś granicą.

Dla wtajemniczonych: fonony to THz, a to też dźwięki, tyle że niekoherentne. I stosuje się je do różnych pomiarów.

W. Bicz

Reply to
Wiesław Bicz

Darkac pisze:

Zrobienie przepływomierza ultradźwiękowego niekoniecznie musi być bardzo trudne dla w miarę zaawansowanego elektronika. Akurat przetworniki nie są wielkim problemem bo nie są wymagane krótkie impulsy i duża efektywność. Zwykłe płytki piezoceramiczne wystarczają w zupełności.

Problemy zaczną się w momencie, gdy trzeba będzie zapewnić dużą trwałość, dokładność i niezawodność. Wtedy trzeba już pochwalić się doświadczeniem.

Innymi słowy: Sprytny amator powinien sobie poradzić ze zrobieniem takiego urządzenia, ale nie będzie mu łatwo osiągnąć dobre jego parametry.

W. Bicz ww.optel.pl

Reply to
Wiesław Bicz

Jak przyklad klopotow - ciecz w rurze nie ma jednorodnej predkosci. I juz pojedyncza wiazka nie mierzy dokladnie ..

J.

Reply to
J.F.

A co to jest "pojedyńcza" wiązka? A jak będzie "podwójna" albo "potrójna" to będzie dokładniej ? ...

MH

Reply to
MH

To bedzie mozna ksztaltowac ktoredy przebiega i jak je wliczac do predkosci koncowej.

Kiedys widzialem nawet porownanie jakie uklady sa powszechnym uzyciu.

J.

Reply to
J.F.

A po co? To samo można osiągnąc poprostu przykładając pojedyńczy przetwornik ultradźwiękowy pod różnym kątem w stosunku do osi rury. A pozatem co ma ilośc przetworników do dokładności pomiaru?

MH

Reply to
MH

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.