超声波流量计的基本原理及类型
超声波流量计的基本原理及类型 超声波流量计的基本原理及类型 刘欣荣 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,从而换算成流量。根据检测的方式,可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种 非接触式仪表,适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态,不产生附加阻力,仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 众所周知,目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题,这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难,造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点,超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流,仪表造价基本上与被测管道口径大小无关,而其它类型的流量计随着口径增加,造价大幅度增加,故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表,多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量,故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中,用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量,比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m,从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。 另外,超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响,又可制成非接触及便携式测量仪表,故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外,鉴于非接触测量特点,再配以合理的电子线路,一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展,现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质,不同场合和不同管道条件的流量测量。
超声波流量计正确使用规范
超声波流量计正确使用规范 1、零流量的检查 当管道液体静止,而且周围无强磁场干扰、无强烈震动的情况下,表头显示为零,此时自动设置零点,消除零点飘移,运行时须做小信号切除,通常可流量小于满程流量的5%,自动切除。同时零点也可通过菜单进行调整。 2、仪表面板键盘操作 启动仪表运行前,首先要对参数进行有效设置,例如,使用单位制、安装方式、管道直径、管道壁厚、管道材料、管道粗糙度、流体类型、两探头间距、流速单位、小速度、大速度等。只有所有参数输入正确,仪表方可正确显示实际流量值 3、流量计的定期校验 为了保证流量计的准确度,要进行定期的校验,通常采用更高精度的便携式超声波流量计进行直接对比,利用所测数据进行计算:误差=(测量值-标准值)/标准值,利用计算的相对误差,修正系数,使得测量误差满足±2%的误差,即可满足计量要求。该操作简单方便,可有效提高计量的准确度。 使用过程中需注意事项: 1、当管道内流体方向是由下向上的时候,可以使用超声波流量计测量。如果液体流向是自上向下的,这个管道是不适合用超声波流量计测量流量数。 2、如测量的管径低于DN15,选择进口超声波流量计,目前国产
超声波流量计对于小管径测量,测量精度很难达到技术要求。当测量的介质为常温时,可选择国产超声波流量计,温度在120 ℃到200 ℃时,应选择进口超声波流量计。 3、测量管道比较老旧的工况,尽量使用单声层(Z法)方法安装探头,不要使用双声道和多声道(V、W法)。单声道更容易接收信号,不容易产生错误信号,能够保证高精度测量。 4、超声波流量计的传感器安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝。同时也要避免在水泵、大功率变频等即有强磁场和震动干扰处安装传感器,安装点上游距水泵应有30D以上的距离,保证流体充满管道。要有足够长的直管段,安装点上游直管段必须要大于等于10D(注:D=管段直径),下游要大于5D。 5、超声波流量计的传感器安装处的管道衬里或污垢层不能太厚,否则会影响声音传播速度,进而影响测量精度。衬里、锈层与管壁间不能有间隙。对于锈蚀严重的管道,可先处理掉表面的锈层,保证声波正常传播。传感器工作面与管壁之间保持有足够的耦合剂,不能有空气和固体颗粒,以保证耦合良好。 6、测量前,要对管道的外周长(用卷尺)、壁厚(用测厚仪)、管道外壁的温度(表面温度测量仪)等进行测量,能够更利于超声波流量计的参数设定,使测量数据更加准确。当遇到管道有油漆或涂层的管道时候,可以先用角磨机或打磨机等设备处理管道表面图层,然后再用砂纸磨平,这样保证超声波流量计的流量传感器安装点光滑、平整,有利于探头与管道良性接触。
超声波流量计的选型与分类
超声波流量计的选型与分类 关键词:超声波流量计选型与分类多普勒便携式流量计固定式时差式 超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表。近几年来,随着技术的发展,利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快,基于不同原理,适用于不同场合的各种超声波流量计得到了广泛应用,同时也对广大用户提出如何进一步的了解超声波流量计、怎样选择合适的超声波流量计,使用过程中,应该注意些哪些问题等等,上海森逸技术人员结合现国内超声波流量计的发展情况及多年来现场应用经验,对上述问题进行了探讨。 超声波流量计选型与分类: 选型主要有以下几点:管道壁厚、外径,介质,管内流量是否含有杂质,测量介质的温度,测量介质为气体时,还需要知道气体的压力,除此之外,还应根据用户实际情况和测量需要合理选型。 1、多普勒超声波流量计 换能器经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后,频率发生偏移,当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后,通过测量频移就可得到流体流速,进而求得流体流量。只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体,如工厂排放液、未处理的污水、杂志含量稳定的工厂过程液等。要注意它对被测介质要求比较苛刻,即不能是洁净水,同时杂质含量要相对稳定,才可以正常测量,而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数,也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。 2、便携式超声波流量计 主要用于校对管道上已安装其它流量仪表的运行状态,进行一个区域内的流体平衡测试,检查管道的当时流量情况等。如果不作固定安装,而用于这些用途时,选用便携式超声波流量计既方便又经济。 3、时差式超声波流量计 时差式超声波流量计是利用声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比,这一原理来测量流体流量。 目前生产最多、应用范围最广泛的是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净的流体流量,在自来水公司和工业用水领域,得到广泛应用。 4、管道式超声波流量计 精度最高,可达到±0.5%,而且不受管道材质、衬里的限制,适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大,成本也会随增加,通常情况下,选用中小口径的管段式超声波流量计,较为经济。 5、固定式超声波流量计 如果有足够的安装空间,使用插入式换能器代替外贴式换能器,彻底消除了管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减的影响,测量稳定性更高,也大大减小了维护工作量。而且,由于插入式换能器也可以不断流安装,所以其应用正在不断推广。有的厂家推出了内部为数字化电路的超声波流量计,其特点是采用数字电路处理信号,纠错能力增强,取样及时,精度提高(模拟电路的精度为±1.5%,数字电路可以达到±1.0%),而且集成度提高,仪表体积大大减小,有多种信号输出模式供选择,在实际应用也取得了很好的效果。用户在使用中可以和模拟电路的超声波流量计进行比较。超声波流量计的功能选择,用户可以根据实际情况来确定。如果测量双向流体,一定要选择带有正负计量功能的超声波流量计;如果用户需要定期了解流体在一定时段有流量情况,可以选择带打印机的超声波流量计。总之,所选择的超声波流量计的功能既要满足用户需要,也不必贪多求全,造成许多功能闭置不用,而增加购买成本。
超声波流量计原理及应用
超声波流量计原理及应用 超声波流量计原理及应用 吐尔逊古丽 (独山子石化公司炼油厂仪表车间新疆独山子833600 ) 摘要:超声波流量计广泛应用于我厂各生产装置,其检测的介质有水、烃类、碱液等。我厂采用的超声波流量计有国产、国外的多种型号和规格。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。文章讨论了利用超声波流量计测量液体流量的有关问题,重点阐明了超声波流量计的测量原理、分类,安装、使用。
一.超声波流量计原理: 超声波流量计广泛应用于我厂各生产装置,其检测的介质有水、烃类、碱液等。我厂采用的超声波流量计有国产、国外的多种型号和规格。 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声 波就可以检 测出流体的流速,从而换算成流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态,不产生附加阻力,仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量,并将其发射到被测流体中,接收器接收到的超声波信号,经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。
另外,超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响,又可制成非接触及便携式测量仪表,故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。 超声波流量计的电子线路包括发射、接收、信号处理和显示电路。测得的瞬时流量和累积流量值用数字量或模拟量显示。 二、超声波流量计特点: 优点:它是一种非接触式流量测量仪表,可测量液体、气体介质的体积流量,除具有电磁流量计的优点(无压力损失、不干扰流场、能测量强腐蚀性介质、含杂质污物的介质等)夕卜,还可测量非导电介质的流量,而且不受流体压力、温度、粘度、密度的影响;通用性好,同一台表可测不同口径的管道内的介质流量;安装维修方便,不需要切断流体,不影响管道内流体的正常流通。安装时不需要阀门、法兰、旁通管等;特别适用于大口径管道的流量测量,由于没有压力损失,节能效果显著。 缺点:安装时不能离震动原太近,容易影响探头的测量;在测量水的流量时, 由于水常时间在管道中容易产生水垢,对探头信号强度有影响;还不能测量悬浮. 三?超声波的分类 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,从而换算成流量。根据检测的方式,可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。超声波流量计的各类很多,依照不同的分类方法,可以分为不同类型的超声波流量计。除了
固定式超声波流量计(进源说明书)
JY-GDUF2000超声波流量计 一、概述 JY-GDUF2000 系列超声波流量计是在参照国外同类产品的基础上,进行全新设计的一种通用时差型超声波流量计量仪器,该产品广泛适用于工业环境下无间断测量清洁均匀液体的流量和热量。GDUF2000 系列超声波流量计具有适应性强、低功耗、高可靠性、抗干扰以及优化的智能信号自适应处理能力,无须电路调整,操作简单方便。GDUF2000 系列超声波流量计以其良好的电路设计理念、优质器件的选用,逐步取代早期同类产品成为国内目前应用最为广泛的流量计量仪器。 二、工作原理 超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量,并将其发射到被测流体中,接收器接收到的超声波信号,经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。 当超声波束在液体中传播时,液体的流动将使传播时间产生微小变化,并且其传播时间的变化正比于液体的流速,其关系符合下列表达式: 其中 θ为声束与液体流动方向的夹角 M为声束在液体的直线传播次数 D为管道内径 Tup为声束在正方向上的传播时间 Tdown为声束在逆方向上的传播时间ΔT=Tup –Tdown
一、主机性能参数 精度:≤1.0 % 重复性:0.2% 流速范围:0~±64 m/s 测量原理:超声波传播时差原理,双CPU并行工作,4字节浮点运算 显示:2×10 背光型液晶显示器 操作:固定式:4×4 轻触键盘;便携式:4×4+2 轻触键盘 输入: 5 路4~20mA 输入,精度0.1% 可输入压力、液位、温度等信号 输出:电流信号:4~20mA 或0~20 mA, 阻抗0~1K浮空 准确度:0.1% 频率信号:1~9999Hz 之间任选(OCT 输出) 脉冲信号:正、负、净流量及热量累计脉冲,继电器及OCT 输出 报警信号:继电器及OCT输出,近20种信号源可选。数据接口:RS232 串行接口,可选配RS485 其他功能:记忆日、月、年累积流量,上、断电时间、流量和流量管理功能可选自动或手动补加累积量功能,记忆每天的工作状态;可编程批量(定量)控制器,故障 自诊断功能,网络工作方式等。 传感器外缚式:标准S 型,适用于管径DN15-DN100mm; 标准M 型,适用于管径DN50-DN700mm; 标准L 型,适用于管径DN300-DN6000mm; 插入式:测量管道材质不限(焊接、不焊接都可以)适用于管径DN80 以上 标准管段式:适用于管径DN10-DN400,整机测量精度±0.2% 电缆长度:单根可加长至500 米(定货时请特殊说明) 管道 衬材:碳钢、不锈钢、铸铁、PVC、水泥管等一切质地密致管道 内径:20mm—6000mm 直管段长度:上游≥10D,下游≥5D,距泵出口处≥30D 流体 种类:水、酸碱液、食物油、汽油、煤油、柴油、原油、酒精、啤酒等能传播超声波的均匀液体。 浊度:≤10000 ppm, 且气泡含量小 温度:-10~110℃ 流向:可对正反向流量分别计量,并可计量净流量 工作环境温度 主机:-10-70℃ 探头:-30 ~ +110℃ 湿度 主机:85%RH
超声波流量计的优缺点以及注意事项
超声波流量计的优缺点以及注意事项 超声波流量计的优缺点以及注意事项 外夹式或者管段式超声波流量仪表是以"速度差法"为原理,测量圆管内液体流量的仪表。它采用了先进的多脉冲技术、信号数字化处理技术及纠错技术,使流量仪表更能适应工业现场的环境,计量更方便、经济、准确。产品达到国内外先进水平,可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。 超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。 原理 根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。 超声流量计和超声波流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,它是发展迅速的一类流量计之一。 超声波流量计采用时差式测量原理:一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后,被另一个探头接收到,同时,第二个探头同样发射信号被*个探头接收到,由于受到介质流速的影响,二者存在时间差Δt,根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt,进而可以得到流量值Q 优缺点 优点 超声波流量计是一种非接触式仪表,它既可以测量大管径的介质流量也可以用于不易接触和观察的介质的测量。它的测量准确度很高,几乎不受被测介质的各种参数的干扰,尤其可以解决其它仪表不能的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。 缺点 现今所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制,以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外,超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为,一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米,而声波在液体中的传播速度约为1500m/s左右,被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量zui大也是10-3数量级.若要求测量流速的准确度为1%,则对声速的测量准确度需为10-5~10-6数量级,因此必须有完善的测量线路才能实现,这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。 超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量,并将其发射到被测流体中,接收器接收到的超声波信号,经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。 超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应,采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上,使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播,然后由接收换能器接收,并经压电元件变为电能,以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应,而接收换能器则是利用压电效应。 超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片,沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍,以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件,使超声波以合适的角度射入到流体中,需把元件故人声楔中,构成换能器整体(又称探头)。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化,而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃,因为它透明,可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外,某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。 特点功能 特点 ◆独特的信号数字化处理技术,使仪表测量信号更稳定、抗干扰能力强、计量更准确。 ◆无机械传动部件不容易损坏,免维护,寿命长。 ◆电路更优化、集成度高、功耗低、可靠性高。 ◆智能化标准信号输出,人机界面友好、多种二次信号输出,供您任意选择。 ◆管段式小管径测量经济又方便,测量精度高。 注意事项
超声波流量计操作规程
超声波流量计操作规程 1 范围 本规程适应于西部管道所有超声波流量计。 2 规范性引用文件 本规程根据技术规格书和设备技术资料,对超声波流量计的安装、操作和维护进行了说明。 3 概述 UFM 3030超声波流量计是精密的仪器,流量测量不受传异性、粘度、温度、密度和压力的影响。可用于液体的线性、双向液体流量测量。可以通过标准模拟或脉冲/频率输出将流量测量值输出。通过用户的操作员界面(人机界面),可以将装置设置用于一系列范围很广的应用。除了实际容量流量测量,还可以对装置进行配置,用于执行流量计算(加、减和总和)。同样也可以对液体超声波速度的测量与输出进行配置。 4 仪表电气接线 4.1 电源连接 UFM 3030超声波流量计的电源接线端子如图示,分别为备用接线端子、电源接线端子及保护接线端子,仪表必须连接独立的接地。 电源端子接线图 各端子功能说明: 端子10 L/L1 功能 备用接地连接 火线电源 规格 不用于保护性接地 交流电源 100 V ac 100V ac
流量计的电气信号输入和输出的端子由6个连接组成,对于信号输入与输出的配线,采用非屏蔽的双绞线。 电气输入和输出信号可以在有源或无源模式下连接。在有源模式下,从V+端子提供直流电源电压。在无源模式下,从外部电源提供电压。 注意!切勿同时在同一端子使用有源和无源模式。 如果使用了HATR通信时,勿在有源模式下连接脉冲/频率输出P。 接线端子图示: 对于标准仪器 对于配备有通信模块的仪器 各接线端子功能说明: 端子功能规格 ⊥常用接地- A1模拟输入1,用于通过菜单选项 3.2.2.和3.2.3.进行温度测量配置0(4)至20 mA Ri = 58.2 ohm 保险丝=50 mA A2模拟输入2,用于通过菜单选项 3.2. 4.和3.2. 5.进行温度或压力测量配置0(4)至20 mA Ri = 58.2 ohm 保险丝=50 mA P脉冲/频率输出。可以通过菜单选项 3.5.0.设置功能。最大电流:150 mA 最大电压:32Vdc,24Vac 最大频率:2 kHz I/C混合的电流输出(I)和数字 输入(C) 电流输出(I)包含HART通信 可以通过菜单选项3.4.0.和3.6.0.设置功能。电流输出(I):I ≤ 22 mA 额定负载≤680 ohm,最大电压=15Vdc 数字输入(C):低=0-5VDC,高=15-32VDC。当电流输出激活后将被关闭。 V+转换器的直流电源,用于输入和输出的有效线满负载时为22VDC。最大24VDC。 I ≤ 100 mA。 D+通信连接+用于现场总线通信 D-通信连接-用于现场总线通信 P/I/C混合的电流输出(I)数字输出 (C)和脉冲输出(P)。参见 单独的I/C端子和P端子功能。 参见单独的I/C端子和P端子的规格。 4 面板显示与按键键操作 流量计提供了方便的按键操作,使用提供的特殊扳手取下电气部分的前盖(玻璃盖),即可触及前面板及其操作键。 4.1 仪表显示面板显示说明
常见流量计选型对比
常见流量计选型对比 测量特点 两端装有检测线圈,质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量,还可测量介质的密度及间接测量介质的温 度。 LG型孔板流量计又称为差压式流量计,是由一次检测件(节流件)和二次装置(差压变送器和流量显示仪)组成。采用均压环、一体型结构。
积式流量计的一种。在一根由下向上扩大的垂直锥管 中, 圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受 的, 浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和 浮力作用下上下运动,与浮子重量平衡后,通过磁耦 合传到与刻度盘指示流量。金属管浮子流量计主要由 三大部分组成 a、指示器(智能型指示器,就地指示器) b、浮子 c、 锥形测量室 无强腐蚀性、 食品、油,柴油等液体。 液体涡轮流量计由涡轮和装于外部的 检脉冲器构成,液体流进涡轮,引起转子旋转,特定 的内径使转子转速直接与流量成比例。缺点介绍:
蒸气等多种介质。涡街流量计是应用流体振荡原理来测 量流量的,流体在管道中经过涡街流量变送器时,在 三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两 列旋涡,旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平 均速度及旋涡发生体特征宽度有关。 在流体中设置三角柱型旋涡发生体,则从旋涡发生体 两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡门旋 涡 煤水浆、双氧水、 (一体)式电磁流量计由传感器和转换器两部分构成。它是基于法拉第电磁感应定律工作日的用来测量导电率大于5μS/cm导电液体的体积流量,是一种测量导电介质体积流量的感应式仪表。除可测量一般导电液体的体积流量外,还可用于测量强酸强碱等强腐蚀液体和泥浆、矿浆、纸浆等均匀的液固两相悬浮液体的体积流量。 超声波流量计采用时差式测量原理:一个探头发射信
超声波流量计的测流原理及其应用
超声波流量计的测流原理及其应用 摘要:本文阐述了超声波流量计常用的时差法、多普勒法的测流原理,以及超声波流量计的分类。通过实际测流应用并与流速仪所测的流量结果做了对比分析,得出超声波流量计无论在测流准确度还是在测流精度上都比其它的测流设备高,而且具有其它测流设备所不具备的实时在线和数据远传的优越性能。 关键词:超声波流量计;时差法;多普勒;测流 1引言 近几年来,随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展,利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理,适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现,其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门,正日趋成为测流工作的首选工具。 2超声波流量计的测量原理 超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速,从而测出流量;多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。 2.1时差法测量原理 时差法测量流体流量的原理如图1所示。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量。 图1超声波流量计测流原理图
设静止流体中声速为c,流体流动速度为v,把一组换能器P1、P2与管渠轴线安装成θ角,换能器的距离为L。从P1到P2顺流发射时,声波传播时间t1为: 从P2到P1逆流发射时,声波的传播时间t2为: 一般c>>v,则时差为: 单声道测试系统只适用于小型渠道水位和流速变化不大的场合。大型渠道水面宽、水深大,其流速纵横变化也较大,须采用多声道超声波测流才能获得准确的流量值,见图2。应用公式(5)、(6)可测得流量Q。 以上各式中:d为垂直于水流方向上两换能器之间水平投影的距离,为声道数,S为两声道之间的过水断面面积。 图2多声道超声波流量计测流原理图 2.2多普勒法测量原理 多普勒法测量原理,是依据声波中的多普勒效应,检测其多普勒频率差。超声波发生器为一固定声源,随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动,该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。入射声波与反射声波之间的频率差就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。由于这个频率差正比于流体流速,所以通过测量频率差就可以求得流速,进而可以得到流体流量,如图3。
超声波流量计选型样本
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