五分彩

气体流量计生产厂家

专家指导选型 24小时售后服务
当前位置:网站首页 > 选型手册 >

超声波流量计

时间:2018/09/04来源:未知

   本文主要讲解了超声波流量计分类、原理选型等内容,一切能够流动的物质都称为流体,如油、水、空气等。从人们的日常生活、工农业生产到科学研究、国防建设,流体都与人类密切相关。为了了解流体的特性并对其加以利用,人们就必须对流体流量进行测量,流量计应运而生。现有的流量计种类繁多,其数量不下百种。但是随着人类社会的进步,目前的流量计仍然无法满足人们对于新型流体的测量需求。因此,新的测量仪表仍在不断出现。 

HD-WJ系列(包括300系列、500系列、600系列、800系列)超声波流量计以速度差法为原理,测量圆管内液体流量。本系列仪表采用了数字发射、数字接收、数字分析、数字输出等先进的微功耗数字化设计技术,仪表计量准确、运行可靠、更适于工业现场的需求。产品生产标准为CJ/T3063-1997,检定规程为JJG198-1994。
超声波流量计独具五大技术特色。
  ① 陶瓷传感器、金属合金粘接剂。强度高、耐磨损、耐腐蚀、不易结垢。特别适合于高温、高腐性液体的测量。使用金属粘接剂,粘接更加牢固,使用温度可达160℃,特别适于声传感器,使传感器的工程实用性大大提高。
  ② 微功耗、数字化设计。整机采用微功耗硬件及软件设计,对超声波信号进行数字发射、数字接收和数字分析,达到了全面的数字化设计,整机功耗小于0.3W。电池供电型整机功耗只有0.2mW。
  ③ 卓越的计量和管理功能。在软件设计上采用先进的分析和计算技术,保证准确的计量功能。另外设计了先进的管理功能,该系列仪表能在任何时间查阅前十年任何时候的仪表运行数据。
  ④ 灵活的维护性能。采用换向自适应技术,使该系列仪表能够自动消除测量过程的零点误差,并能够在维修过程中任意更换转换器和传感器,不影响测量准确度。
  ⑤ 汉字化技术。仪表的数据输入和测量过程显示全部汉字化,使操作者不使用说明书即可操作。
我公司现有多种类型超声流量计供用户选择。
  ● 插入式超声波流量计:可不停产安装和维护。采用陶瓷传感器,使用我公司专用钻孔装置进行不停产安装。一般为单声道测量,为了提高测量准确度,可选择三声道。
  ● 管段式超声波流量计:需切开管路安装,但以后的维护可不停产。可选择单声道或三声道传感器。
  ● 外夹式超声波流量计:能够完成固定和移动测量。采用专用耦合剂(室温固化的硅橡胶或高温长链聚合油脂)安装,安装时不损坏管路。
  ● 便携式超声波流量计:便携使用,内置可充电锂电池,适合移动测量,配接磁性传感器。
  ● 手持式超声波流量计:体积小,重量轻,内置可充电锂电池,手持使用,配接磁性传感器。
  ● 防爆型超声波流量计:用于爆炸性环境液体流量测量,为防爆兼本安型。即转换器为防爆型,传感器为本质安全型。
  ● 流量测量系统:由多台超声流量计和系统主站组成。适于多条管路的集中测量。
  ● 超声波热量计:用于供热系统的热量测量。
  ● 电池供电型超声流量计:采用一节锂电池供电的一体式超声流量计。适于无市电供应的测量场合,一节电池可使用十年,具有多种测量功能。
WJ-900系列明渠流量计,用于液体明渠流量测量,测量传感器可采用超声速度传感器、帕氏槽、P-B槽、三角堰、矩形堰和全宽堰,并采用超声液位测量。该系统明渠流量计测量准确、可靠。采用超声速度传感器时,可测量大型渠道或涵洞的液体流量。
  ● 堰槽式明渠流量计:可使用帕氏槽、P-B槽、三角堰、矩形堰、全宽堰进行明渠流量测量,液位传感器采用超声传感器。
  ● 超声式明渠流量计:采用超声传感器测量流速及液位。测量准确度高,适于大型渠道和涵洞的流量测量。根据测量准确度要求,超声速度测量可选择单声道、双声道和三声道。
 
转换器
2    
壁挂式转换器
 
盘装式转换器
 
一体式转换器
防爆型转换器

传感器

   
插入式传感器
 
管段式传感器
 
外夹式传感器

 

pci

 

● 转换器分为三种型式:壁挂式转换器 盘装式转换器 一体式转换器

● 转换器外观结构

2  
 
 
 
壁挂式转换器
重量:1.2kg
 
盘装式转换器
重量:0.8kg
 
一体式转换器
 
防爆型转换器
重量:4kg

 

● 转换器外形尺寸和安装方法

2    
壁挂式转换器
 
 
盘装式转换器
 
一体式转换器
 
 
防爆型转换器

● 转换器接线端子

 

● 传感器分为三种型式:插入式传感器 管段式传感器 外夹式传感器

● 传感器外观结构

 
   
插入式传感器
重量:0.7kg/支
 
单声道管段式传感器
重量:见数据表
 
三声道管段式传感器
重量:见数据表
 
外夹式传感器
重量:0.2kg/支

● 传感器的外形尺寸和安装方式

   
插入式传感器外形尺寸和安装方式
   
外夹式传感器外形尺寸和安装方式
   
适用管径DN80-2000mm
 
适用管径DN20-65mm
 
 
管段式传感器外形尺寸和安装方式
管段式传感器数据表
内径(mm)
 
重量(kg)
 
安装长度L(mm)
 
法兰尺寸(mm)
 
D
D0
N x A
单声道
20
7.8
280
110
79.5
4 x 16
25
8.2
280
110
79.5
4 x 16
32
9.5
280
120
89.0
4 x 16
40
10.1
280
120
89.0
4 x 16
50
12.2
280
150
120.5
4 x 20
65
14.5
280
180
139.5
4 x 20
80
17.5
280
190
152.5
4 x 20
100
19.2
280
230
190.5
4 x 20

单声道

三声道

125
19.6
290
255
216
8 x 22
150
25.1
310
280
251.5
8 x 22
200
40.8
340
345
298.5
8 x 22
250
61.0
370
405
362.0
12 x 26
300
89.2
410
485
432.0
12 x 26
350
97.2
440
535
476.0
12 x 30
400
102.3
480
600
540.0
16 x 30
450
113.5
510
635
578.0
16 x 33
500
147.8
550
700
635.0
20 x 33
600
211.5
620
815
749.5
20 x 36
700
331
690
915
850
24 x 36
800
489
750
1046
970
24 x 40
1000
810
890
1288
1200
28 x 44
1200
1280
1030
1522
1434
32 x 44
1400
1805
1160
1778
1670
32 x 48
1600
2301
1290
1982
1874
36 x 48
1800
3205
1430
2236
2114
36 x 52
2000
4089
1560
2446
2324
40 x 52

 

  ①满足直管段长度要求(直管段长度,是指测量点距阻力件的距离)。直管段要求一般为前10倍管径,后5倍管径。当流速低于3m/s时,直管段要求可为前5倍管径,后3倍管径。
   ②直管段部分表面平滑、较新、圆度较好。
   ③首选液体向上(或斜向上)流动的竖直管路,其次是水平管路,尽量避开液体向下(或斜向下)流动的管路,防止液体不满管。测量点不要选在管路走向的最高点,防止管路内因有气泡聚集而造成测量不正常。

  ④水平管路测量点应选在自水平线±45°范围以内,避开管路顶部气泡。

  ⑤安装空间要满足下图所示要求

  ⑥电缆的敷设

 传感器与转换器之间连接电缆的敷设要安全、可靠。
  地下敷设时,电缆必须穿金属管,防止电缆被轧断或老鼠咬断。
  电缆外径7毫米,每对传感器2根电缆,金属管内径要大于25毫米。
  架空敷设线杆跨距超过20米时,必须做加强线,防止风力过大时将电缆扯断。
  与其它电缆敷设同一电缆沟时,需穿金属管,以提高抗干扰性能。

 

 
插入式超声流量计
管段式超声流量计
外夹式超声流量计
管径范围(mm)
 DN80~4000
 DN20~2000
DN20~4000

流速范围(%)

0.01~12
准确度(%)
单声道
三声道
单声道
三声道
1.5
1.0
0.5
1.0(校正0.5)
0.5
测量液体
水、河水、海水、石油、化学液体等均质液体
管道材质
金属(如碳钢、铸铁、不锈钢、铝等)非金属材料(如PVC,有机玻璃等)
管衬材质

玻璃钢、砂浆、橡胶等

信号输出
1.4-20mA:阻抗小于800Ω,光电隔离,准确度0.1%。
2.累计脉冲输出:光电隔离,无源开路输出,传输距离小于500m。
3.RS-485:光电隔离,波特率可选择,传输距离大于1.6km。
4.打印机:RS-232串口模式。打印机为选配件。
键盘
4 x 4 汉字键盘或 1 x 4 英文键盘
显示器
2 x 10 汉字显示或 2 x 16英文显示
测量功能
显示瞬时流量、瞬时流速、正累计流量、净累计流量、累计运行时间、瞬时供热量、累计共热量、供回水温度。
数据存贮
可储存前720小时,前365天,前36个月和前十年的测量数据,包括瞬时流量、累计流量、断电时间等。
环境温度
转换器:-10~45 ℃(特定环境请说明)
传感器:-30~+60 ℃(常温型)
     -30~+160 ℃(高温型)
传感器材质
不锈钢和陶瓷
不锈钢和普通碳钢
常温型为尼龙
高温型为合金铝
传感器承压能力
管内部分压力小于2.5MPa
DN20~700mm小于2MPa
DN800~2000mm小于1MPa
与管内压力无关建议不浸水工作
传感器防护等级
IP68
转换器防护等级
壁挂式转换器:IP65 盘装式转换器:IP52 一体式转换器:IP67
防爆等级
 [Exib]IIBT6
传感器电缆长度
小于400m
小于400m
小于300m
传感器电缆型号
SEYV-75-2(直径7mm)
工作电源
AC220V ± 10% ,DC12~36V , 功率0.5W
转换器外形尺寸
 壁挂式:213 x 185 x 107mm 盘装式:16 x 80 x 250mm
一体式:185 x 140 x 100mm
传感器外形尺寸
 220x?20(杆部)x?50(连接部)mm
见管段传感器数据表
60x40x35mm
转换器重量
 壁挂式:1.2kg 盘装式:0.8kg 一体式:1.4kg
传感器重量
 0.7kg/支
见管段传感器数据表
0.2kg/支
热量测量功能
 测量供热、热损耗、入口温度、出口温度。 

技术选型以前,请仔细阅读“技术参数”一节。

● 传感器选型编码

例如:选型外夹式单声道传感器,液体常温,电缆长度15m,管外径325mm,壁厚10mm,管道材 质为钢,非防爆。选型编码为:WJ-1-A-15-325-10-S-A-1


1、流量计分类及其原理:
1.1、流量计分类:
  现有的流量计主要有测量体积和测量质量的两个大类。因此,总体上我们可以将其归纳为体积流量计和质量流量计。众所周知,流体的体积会随着其温度或压力等呈一定规律的变化,是一个不定量。因此体积流量计在使用时对于流体种类、流量大小以及流动状态等都有具体的要求,这造成了其使用局限性。而流体的质量不受外界因素的影响,是一个定量。因此,直接测量质量的质量流量计是唯一不受上述参数影响,适用于任何条件的一类流量测量仪表。质量流量计是在科技大爆炸时代里出现的最新产品,但是质量流量计价格昂贵,短时间内无法在工业生产中得到普及[33]。 
  目前市场上的每种流量计都有其特定的使用性,也都有它的局限性。国际上并没有一个确定的分类方法。根据测量管道的不同可分为明渠型和封闭管道型;根据所测流体的流动状态可分为微小流量、双向流以及脉动流等;还可以按照其测量结果分为记录型、累计型和指示型等。而目前常用的方法是根据其测量原理和设计结构进行分类。 
  根据常用的流量计测量原理,其分类如下: 
(1)力学原理:人们以常用的力学原理(动量定理、牛顿第二定理等)设计了很多流量计。常用的包括差压式、直接质量式、冲量式、皮托管式以及涡轮式等流量计。
(2)电学原理:此类原理的流量计主要包括以电磁感应原理为基础设计的电磁式流量计和电容式流量计等。
(3)声学原理:声学原理是利用声波再传播时频率或速度的变化进行设计,主要有超声波式流量计和冲击波式流量计等。
(4)热学原理:此原理设计的流量计主要是有热量式流量计,其又可以细分为直接量热式和间接量热式两类流量计。
(5)光学原理:此原理设计的流量计主要有激光式流量计和光电式流量计等。
(6)原子物理原理:此原理设计的流量计主要有以核磁共振原理设计的核磁共振式流量计等。
(7)其它原理:除以上原理外,流量计还有根据标记原理和相关原理等设计的一系列流量计。 
  当前应用最广泛的还是按照结构和原理进行分类,其分类如图 2-1 所示[12]。 
图 2-1  根据结构和原理分类
图 2-1  根据结构和原理分类 
  相同结构的流量计可以按照测量原理进行细分,如涡街流量计可根据卡门涡街频率的不同产生原理细分为应力式流量计和光电式流量计。同理,测量原理相同的流量计也能按其结构的不同再分类。如根据节流口的不同,我们可以将差压式流量计细分为标准孔板、标准喷嘴、文丘里管等 20 小类。 

1.2、常用流量计简介:
  根据流量计产品的实际情况,按照最流行的分类方法,目前最常用的流量计主要有以下几种: 
(1)差压式流量计:
  差压式流量计是应用于封闭管道内的一类流量计量仪表。在知道流体条件、管道尺寸的前提下,通过检测管道内检测装置在流体作用下产生的压差来反映流量大小。差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换器和显示器)组成[34,35]。根据检测件形式可分为孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。差压式流量计流体体积计算公式如式(2-1)所示: 
计算公式
  其中,V 为流体体积;A 为孔板开孔面积;a 为流量系数,是一个与管道尺寸和流速有关的已知量; j 为液体密度; p q 为压强差。 
  差压式流量计是目前使用量最大,应用面最广的流量计。随着近年流量技术的发展,差压式流量在很多领域被新型流量计所代替,但其仍是最主要的一类流量计。其结构坚固、性能稳定、使用周期长,在众多领域都有使用,目前还没有一类仪表可与之相比。它的组成部件,包括检测器、变送器和显示器等由不同厂家生产,容易形成规模化从而降低成本。但它的精度普遍较低,量程比较小,对现场安装条件要求高,切压损大。目前在各工业部门的用量占全部流量计的 25%-34%左右。 
(2)容积式流量计:
  容积式流量计(简称 PDF)是现有流量计中具有最高测量精度的流量计量仪表之一。它包含一种特殊机械结构设计而成的测量元件,当有流体流过该元件时,
流体被分为体积已知的连续单元,通过计算流过的体积单元的重复个数即可求出流体流量。因此,该流量计也称为定排量流量计。利用测量元件的不同,可将其分为往复活塞、椭圆齿轮、膜式、湿式等流量计[36]。 
  容积式流量计的主要优点是测量精度不受管道安装方式的影响,测量精度高。同时,只要能够分割的流体都能进行测量,应用范围广;采用机械结构设计,不需要外部供电即可测量流量,节能环保、操作简单。但由于其测量单元的结构复杂,导致一般的容积式流量计都比较庞大,同时它对工作环境的温度要求较高,不适合高低温场合,只适用于单相纯净的流体且有噪声。目前 PD 流量计的销售量占总流量的 13%-23%左右。 
(3)浮子流量计:
  其基本结构是将一个浮子放置于从上到下逐渐变小的垂直锥形管中。当有流体流动时,浮子由于两端的压力差而向上浮动,并在某一高度达到平衡,浮子在锥形管内的高度与流量有相应关系。通过测量浮子在管道中的高度即可反映流体流量,国外也通常称为面积流量计。 
  其主要特点有结构简单,便于使用,压力损失低,有较好的节能作用。但是其制造材料一般为玻璃,耐压力低,有容易破碎的风险,因此只适合低流速流体的测量。浮子流量计是差压式流量计后的第二大流量测量仪器,特别是在微小流量检测领域,其作用至关重要。浮子、容积式和差压式流量计是目前应用量最大的三种流量计。其销售量占流量仪表的 15%-20%左右[37]。 
(4)涡轮流量计
  涡轮流量计中包含一个多叶片的涡轮,当流体流过时带动涡轮转动,通过测量涡轮转动的平均速度来反映流体流速,从而得到流体流量。其属于速度式流量计,
一般由表体、测量件、计数器、整流器和磁耦合传动装置五部分组成。与容积式流量计一样,其采用机械结构来进行流量测量,其精确度也比较高。且测量中不包含受外界条件影响的变量,其重复性很高。 
  目前涡轮流量计已经有很多种类的产品,其主要的优点是精度高,属于最精确的流量计;重复性好;无零点漂移,抗干扰能力强;结构紧凑,测量量程宽;使用寿命长,易于维修。目前,涡轮流量计在石油、有机液体、液化气等方面都有广泛的应用[38]。 
(5)电磁流量计 :
  电磁流量计(简称 EMF)是近代随着电子技术的发展而产生的一种新型流量测量仪表。它是应用法拉第电磁感应定律,根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来反映流体流量的一类测量仪器[39]。 
  与其它流量计相比,电磁流量计有着其独特的优势,能够测量其它流量计不能检测的流体流量,如未处理的脏污流体及腐蚀性流体的测量。其主要有以下优点:无压损,节能环保;测量不受流体特性变化影响,结果可靠;应用管径宽,测量量程宽;可用于腐蚀性流体。其缺点也相对明显:利用法拉第电磁感应定量设计,因此要求流体中必须包含导电介质,局限性大;相较于机械式流量计,其安装调试更为复杂;对测试环境中电磁变化较为敏感,容易产生干扰信号;测量脏污粘性流体时,粘性物附着在管道内壁会带来较大误差;价格较贵。 

2、超声波流量计:
2.1、超声波:
  频率高于 20KHz,人耳无法听到的声波称为超声波。超声波本质上也是一种机械波,其也是属于声波家族中的一员。它与我们平常听见的声音是一样的,它们的共同特点都是由于机械振动,属于能量与动量之间的一种传播形式,在介质中多以纵波的形式传播。 
  产生超声振动能量过程都会发出超声波,如机械效应、磁致伸缩等。实际应用中的传感器大多是通过压电效应产生和接收超声波。正压电效应示意图如图 2-5所示:当物质受到外力 F(拉力或压力)作用时产生形变,其两端由于极化现象而出现堆积的正负电荷。相对应的,能产生正压电效应的物质也能产生逆压电效应,当有电压作用于物质两端时,其内部发生机械变形。因此,传感器利用正压电效应将机械能转换为电能,实现超声波的接收,利用逆压电效应将电能转换为机械能,实现超声波的发射。 
图 2-2  正压电效应

图 2-2  正压电效应 
  描述超声波的参数主要有声速c 、频率 f (周期T )和波长 ,其满足式所示的关系: 
c=fπ
  超声波的传播特点主要包括以下几点[40]: 
(1)直射性好。超声波频率高、波长段,故衍射现象不强,短距离内波束可定向传播。
(2)功率大。超声波本质上属于机械振动,是能量的一种传播方式,结合其高频率可知,其自带很强的能量。 
(3)穿透能力强。固体和液体能很好地传递超声波,其能够无损地穿过数十米厚的不透明固体,金属探伤就是利用这一特性。但随着频率的增加,超声波的穿透能力会降低,因此针对不同是场合需要选择合适的频率。空气不利于超声波传播,所以不能在空气中无法实现远距离应用。
(4)能产生空化作用。固体和液体中含有很多微小气泡核,当有超声波作用于上面且声压达到某一特定值时,气泡核将出现迅速膨胀后突然闭合的现象,并且闭合过程伴随有冲击波的产生。这种膨胀、闭合、振荡等一系列动力学过程被称作超声波的空化作用。 
  利用上述特性,超声波在国防、医疗、农业等许多领域得到了重要的应用,如医学上的 B 超和心电图、军事上的雷达、生活中的超声洗碗机、计量流域的流量计和新型的超声波武器等等。 
2.2、超声波流量计原理:
  超声波在流体中传播时,它的真实传播速度等于被测介质的流动速度和超声波波速的几何相加。超声波流量计就是基于此原理设计,通过测量流体流速来反映流量的一类测量仪器。 
  按照设计原理的不同,可以将超声波流量计分为顺逆流传播速度差法、多普勒法、互相关法和噪声法等[41]。下面介绍几种常用超声波流量计的工作原理: 
(1)顺逆流传播速度差法:
  顺逆流传播速度差法是通过测量超声波脉冲在流体中顺逆流传播时的时间差来测量流体流量的方法,可细分为时差法、频差法和相差法[42]。原理图如图 2-5所示: 
图 2-5  传播速度差法原理图
图 2-5  传播速度差法原理图 
  在被测管道上下游各安装有超声波传感器 A 和 B,两个传感器交替发射和接收超声波信号。超声波传感器 A 发出超声波向 B 传播时,传播速度为超声波的传播速度与流体流速在超声波传播方向上的分量之和。可以求得顺流方向的传播时间如式(2-3): 
计算公式
  其中: L ——A、B 超声换能器之间的距离; c ——超声波在流体中的传播速度; V ——流体流速; LV ——流体流速在 L 方向上的分量,LV=Vcos 。 超声波在各种流体中的传播速度远大于流体流速,所以2LV 相对于2c 可忽略,整理可以得到流体流速如是(2-6)所示: 
计算公式
  由式可知,温度一定的情况下,c 、L 为常数,测出t 即可得出流速V ,结合已知的管道尺寸,流速对时间的积分就是流体的流量。这就是时差法超声波流量计的计算原理。 超声波在介质中的传播公式如式(2-7)所示: 
计算公式
  其中 A 为超声波幅度,为超声波角频率,0 为发送超声波的初始相位。超声波顺逆流传播距离相等,由式(2-10)容易得到顺逆流过程中两个传感器接收到的超声波相位偏移如式(2-8)所示:
计算公式
结合式(2-6)可得流体流速如式(2-9): 
计算公式
  2=4cVf L(2-9) 此处V 是流体的线速度,而流体在管道横截面积上各点的流动速度不同,最后用于计算流量的是面速度V 。一般情况下,为了方便计算,我们将两者的比值K V/V 作为管道内流量计算的修正系数。由此,计算可得管道内的瞬时流量如式(2-10)所示:  2 2 24 16D D cQ VKf L由上式可得,测量得到超声波在管道中顺逆流方向传播时发生的相位偏移差,即可求得管道内流体的流量,这是相差法超声波流量计的计算原理。 用一个脉冲信号激励超声波发射传感器发出超声波,在接收传感器接收到信号的同时再一次激励发射传感器发出超声波。这样以超声波顺流和逆流的传播时间t和t为周期,两个超声传感器循环发送超声波,则接收信号的正逆循环频率如式(2-11)所示:  1/ ( ) /1/ ( ) /llf t c V Lf t c V L  (2-11) 两式相减可得正逆循环频率差为: 2 /lf f f V L ,整理可得流体流速如式(2-12)所示:  2lLVf (2-12) 。
  可以看出,流体流速与正逆循环频率差成正比,通过测量超声波顺逆流传播时,接收信号的频率差来计算流体流量的方法称为频差法。 
  以上几种方法都是基于超声波在流体中的传播速度受到流体流速的影响,造成顺逆流的传播速度不同,从而实现流体流量的测量,故统称为顺逆流传播速度差法。 
(2)多普勒效应法 
  多普勒效应法超声流量计是以物理学中的多普勒效应为基础设计的一类流量测量仪表。根据声学多普勒效应可知,如果声音的发射源与接收者之间有相对运动,那么接收者接收到的声音信号频率将不同于发射源的声音频率。接收到的声音频率根据声源与接收者之间相对运动的方向或增加或减少,频率的改变量与发射源和接收者的相对速度成正比[43]。 
  多普勒效应超声波流量计原理图如图 2-6 所示,其测量过程中发生了两次多普勒频移。首先,超声波发射传感器发出超声波,它相当于多普勒效应中的声音发射源,随流体一起运动的散射粒子(杂质、气泡、或悬浮粒子)则充当多普勒效应中与发射源有相对运动的“接收者”。超声波经过散射粒子反射后继续向接收传感器传播,此时,散射粒子又作为发射源发射超声波信号,接收传感器作为接收者接收信号。 
图 2-6  多普勒效应法流量计原理图
  超声波发射传感器发出频率为1f 的超声波,散射粒子以速度 u 沿着管道轴线随流体运动,作为接收者,其接收到的频率如式(2-13)所示:  1 1cos'c uf fu (2-13) 超声波经过散射粒子反射后继续传至超声波接收传感器,接收传感器接收到的超声波频率2f 如式(2-14)所示:  2'coscf fc u (2-14) 综上,1f 与2f 的关系如式(2-15)所示:  2 1coscosc uf fc u (2-15) 
  式中c ——流体中的声速;    u ——流体流速;     ——超声波束与管道轴线的夹角。 由此可计算出多普勒频移 f 如式(2-16)所示: 
计算公式

  通过上式即可求出流体流速,结合声速和管道尺寸便可得到流体流量。在实际的应用中,为了接收到更多更强的信号,一般采用收发一体的超声波传感器。实际安装中,将两个传感器放置于管道同侧,如图 2-7 所示。此时超声波发射传感器和接收传感器均有一个有效的信号接收区域,它们相互重叠的区域就是多普勒信号的信息窗(图中阴影部分)。 
图 2-7  信息窗多普勒效应流量计原理图

图 2-7  信息窗多普勒效应流量计原理图 
  多普勒频移信号就应该是取样窗中散射粒子产生多普勒频移的平均值 f ,用公式计算可表示为式(2-17)所示: 
计算公式
  其中i iN(f) 是产生多普勒频移为if 粒子数,i iN(f) 是信息窗内所有能产生发射波的总散射粒子数,if 是第 i 个散射粒子的频移量。通过上式可计算出 f 后,结合式(2-19)即可计算出流体的瞬时流速,从而得到T2 瞬时流量[44]。 通过多普勒超声流量计的原理可知,运用此流量测量方法的一个必要条件就是被测流体介质应是含有一定数量的可反射超声波的散射粒子。故多普勒效应法不能测量纯净的流体,具有一定的局限性。 
(3)相关法:
  相关法流量计的研究开始较晚,目前只有少量的相关法流量计应用于实际工业生产中。在以往的系统设计中,我们对于噪声信号都会想尽办法去除掉,而相关法则将其进行利用。它通过采集被流体中的自然扰动产生的噪声调制后的超声波信号,再经过相应的处理,分析出有用的噪声信号来反映流体流动状况,从而获得流量[45]。 
  相关法测量原理如图 2-8 所示,沿流体流动方向,我们分别在相距为 L 的两个地方放置两个发射传感器T1、T2 和两个接收传感器 R1、R2 。流体中的某一噪声在传播过程中,先被发出的超声波进行调制,调制波被 R2 接收,经过特定的滤波电路之后得到相应的噪声信号Y(t)。经过一段时间传播后,该噪声再与T1发出的超声波相调制,采集滤波后得到噪声信号 X(t)。 
图 2-8  相关法流量计原理图

图 2-8  相关法流量计原理图 
通过相关仪可得 X(t)、Y(t)的相关函数 ( )XYR  如式(2-18)所示:  01( )= lim ( ) ( )TXYTR X t Y t dtT(2-18) 当 ( )XYR  取最大值时,表明两个传感器接收到的为同一个噪声信号,相应的 就是此噪声从T2 传播至T1所花费的时间 t ,由此可计算出流体流量如式(2-19)所示:  24D LQ Kt (2-19) 此外,超声波流量计测量方法还包括波束偏移法、听声法、旋涡法等等。 

2.3、超声波流量计选型:
  近年来,随着电子技术和数字信号处理技术的进步,超声波流量计得到大幅度的发展,各种超声波流量计被广泛应用于工业生产、商业测量以及水利检测等各个方面。例如,在市政行业的原水、自来水和污水的计量中,超声波流量计具有量程比大,无接触式测量等特点,在保证测量精度的同时还不会影响管网的输水效率;在水利水电行业的渠道、电站的流量计量中,超声波流量计具有现场安装方便、测量口径大、在线标定等特点,使户外的标准测量成为可能;在工业冷却循环水的计量中,超声波流量计的不接触式测量实现了在不断流的情况下的在线安装及在线标定。另外,时差法流量计广泛应用于洁净的流体检测中,如工厂排放液和液化天然气等;多普勒超声流量计应用于异相含量不高的双相流体中,如未处理的污水等。 
  目前市场上的流量仪表有数百种之多,其适用范围和场合各不相同。针对不同的测量要求和条件,必须有一个清晰的思路,才能选到合适的流量计。超声波流量计根据其换能器的安装方法可分为插入式超声波流量计、外夹式超声波流量计和标准管段氏超声波流量计。超声波流量计的选型主要是根据计量要求和超声波流量计的适用范围选择合适的计量仪表。
(1)外夹式超声波流量计:
  外夹式超声波流量计主要优点有:其超声换能器安装在管道外面,不会接触管道内的流体,不存在换能器腐蚀等问题;测量时,测量仪器所有部件均处于管道外,内部没有任何压力损失,不会影响被测流体的流动状态;安装简单方便,不用切断管道或在官道上开孔,可实现不断流安装;携带方便,可以随时与其他流量计进行比较标定。其不足之处在于对管道条件要求较高,必须确定管道材质、管道外径、壁厚等尺寸,且其测量精度不算太高。 
(2)插入式超声波流量计 :
  插入式超声波流量计的主要优点有:安装时不用停流,使用专业的安装工具在管道上打孔,将超声换能器插入孔中即可使用;与外夹式相比,其不受管道锈蚀、结垢等因素影响,测量精度较高。其不足在于换能器直接与被测流体接触,易被腐蚀、结晶从而造成仪表测量不准确。 
(3)标准管段式超声波流量计:
  标准管段式超声波流量计是把超声换能器固定安装在设计加工好的管段上,且换能器直接与被测流体接触。这种流量计能够精确控制加工精度,可以得到管段精确的几何尺寸,两个换能器之间只流过单一的被测介质,测量精度很高。但是其安装麻烦,需要断流,且对于大口径管道的定做成本较高,非特殊要求一般不使用这种流量计。 综上,超声波流量计的选择必须考虑测量精确度、安装条件、测量环境和测量成本的等各方面因素。 

本章小结:
  本章主要介绍了现有的各类流量计的特点、工作原理和应用范围,同时对超声波及其应用进行了介绍,其中重点推导了各类超声波流量计的设计原理和计算公式。最后对超声波流量计的选用进行了分析。 

常见问题推荐
资料查询
价格咨询
江苏华云仪表有限公司
销售电话:0517-86996066
公司传真:0517-86883033
手 机:18915186518
E-mail:[email protected]
公司地址:江苏省淮安市金湖县工业园同泰大道99号
友情链接:新生彩票  新生彩票  新贝彩票官网  新生彩票官网  新生彩票官网  新生彩票  新生彩票官网  

免责声明: 本站资料及图片来源互联网文章,本网不承担任何由内容信息所引起的争议和法律责任。所有作品版权归原创作者所有,与本站立场无关,如用户分享不慎侵犯了您的权益,请联系我们告知,我们将做删除处理!