超聲波流量計(jì)具有非接觸式測(cè)量、低壓損、測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn), 已經(jīng)被廣泛用于石油化工等行業(yè)的流量計(jì)量, 特別適用于大口徑管道、非導(dǎo)電性流量測(cè)量。 1 超聲波流量計(jì)的基本測(cè)量原理超聲波流量計(jì)利用超聲波在流體的順流和逆流中不同的傳播速度來測(cè)量, 測(cè)量原理圖見圖
1。*常見的有時(shí)差法、速差法和頻差法。圖 1 超聲流量計(jì)測(cè)量原理示意圖 t 1 = L c + v# cosH ( 1) t 2 = L c - v# cosH ( 2) 時(shí)差法: $t = t 2 - t 1 = 2L v# cosH c 2 - v 2 # cos 2 H U 2Lv# cosH c 2 ( 3) 速差法: v# cosH= L$t 2t 1 t 2 = L$t 2t 1 ( t 2 - t 1 + t 1 ) = L$t 2t 1 ( $t + t 1 ) ( 4) 頻差法: $f = f 1 = f 2 = 1 t 1 - 1 t 2 = 2v# cosH L ( 5) 式中, L是 A、B換能器的直線距離, H是流體流向與超聲波路徑的夾角。因?yàn)槁曀?c受溫度的影響不容易忽略, 而式( 5) 中頻差與流速 v成正比, 且不含聲速 c, 測(cè)量結(jié)果不受溫度影響, 所以頻差法更為簡單實(shí)用。也有專門利用管段內(nèi)流體的溫度分布隨流體流動(dòng)而改變, 溫度分布又引起聲速變化這一特點(diǎn)研發(fā)的超聲波流量計(jì)。因?yàn)橐话懔魉傧? 順流和逆流的時(shí)間差取決于管徑的大小, 只有幾百納秒到幾微秒, 所以高精度的時(shí)差、頻差的測(cè)量方法與超聲波流量計(jì)測(cè)量精度關(guān)系緊密, 例如荷蘭 Instroment 公司采用了高速數(shù)字處理電路技術(shù), 能檢測(cè)出微秒級(jí)的微小時(shí)間差, 計(jì)時(shí)精度達(dá)到納秒級(jí)。
2 外夾式超聲波流量計(jì)的選型和安裝根據(jù)換能器的安裝方式不同, 超聲波流量計(jì)可以分為: 外夾式、管段式和插入式。外夾式超聲波流量計(jì), 是指將換能器貼在管道外側(cè)的超聲波流量計(jì)。這種安裝方式是超聲波流量計(jì)的三種換能器安裝方式中, 安裝和維護(hù)*為方便的一種, 但是換能器信號(hào)的發(fā)射和接收信號(hào)通道*復(fù)雜, 必須通過管道、 (襯里) 和流體介質(zhì), 測(cè)量精度也相對(duì)較低。
2. 1 選型注意事項(xiàng)儀表的選型是儀表應(yīng)用中非常重要的工作, 超聲波流量計(jì)選型要特別注意收集以下方面的信息: 2. 1. 1 基本信息被測(cè)流體名稱; *大流量、*小流量; *高溫度、*低溫度; 管道材料; 管道內(nèi)襯材料; 管外徑 D(或管壁厚度), 管內(nèi)徑。 2. 1. 2 防護(hù)等級(jí)選擇一般有 IP65和 IP68兩種。IP65是防噴水型, 在使用中能承受一定壓力和出水量的水柱噴射。 IP68 是潛水型, 可以長期工作在水中。 2. 1. 3 測(cè)量點(diǎn)的選擇 1)測(cè)量位置應(yīng)選在探頭上游大于 10D和下游大于 5D, 充滿液體的直管段處; 2)測(cè)量點(diǎn)選擇應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離泵、閥門等設(shè)備, 避免干擾。原因同上, 因要盡可能測(cè)量平直流體, 避免紊流帶來的測(cè)量誤差; 3)測(cè)量點(diǎn)選擇應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離大功率電臺(tái), 強(qiáng)磁場(chǎng)干擾源等; 4)管路管材應(yīng)均勻密實(shí), 易于超聲波傳播; 5)充分考慮管內(nèi)結(jié)垢狀況, 盡可能選擇無結(jié)垢的管段進(jìn)行測(cè)量。
2. 2 安裝注意事項(xiàng) 1)必須把待安裝換能器的金屬管道表面打磨 3倍探頭面積, 去掉銹跡油漆, 使管壁表面光滑平整, 露出管道金屬的原有表面并保持原有弧度; 2)換能器的信號(hào)屏蔽線可懸空, 但不能與正、負(fù)端短路; 3)換能器與管道接觸部分要用耦合劑密封, 防止空氣、沙塵和銹跡進(jìn)入; 4)夾具應(yīng)固定在換能器的中心部分, 使之不易滑動(dòng)。
3 外夾式超聲波流量計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀超聲波的特點(diǎn)之一是傳播衰減大, 氣體吸收超聲波能量的能力*強(qiáng), 其次是液體和固體。故單**體的超聲波流量計(jì)中, 外夾式氣體超聲波流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中測(cè)量精度一般都不高。為了提高測(cè)量的精度和信號(hào)強(qiáng)度, 有些超聲波流量計(jì)采取了多通道測(cè)量方法, 利用多通道的測(cè)量數(shù)據(jù)根據(jù)權(quán)值計(jì)算平均流速。還有些超聲波流量計(jì)采用了寬束技術(shù)。該技術(shù)是由換能器發(fā)出較寬頻率范圍的聲束對(duì)管道壁進(jìn)行掃描和搜索, 使管道變成了換能器的一部分, 使聲束能更大面積地覆蓋被測(cè)介質(zhì)的橫截面。有資料顯示寬束技術(shù)可以用較少的聲道便可得到很高的穩(wěn)定性和重復(fù)性, 可測(cè)*小管徑能達(dá)到 6. 35mm。
