便携式超声波流量计现场管道流量测量与分析

2013-10-11 13:38:57来源: 21ic
现在盛行的便携式超声流量计使用方便灵活,一般适用于测量大口径管道的流量,然而现场应用的实际测量精度,常因工作疏忽,换能器安装距离及流通面积等测量的误差而造成精度下降。不正确的安装甚至会使得仪表完全不能工作。因此,仪表现场的安装与调试对于测量是非常重要环节,本文就现场使用超声波流量计所遇到的问题进行分析,总结出管道流量精确测量的方法。

1 超声波流量计的原理

超声流量计利用超声波在流动的流体中传播时,可以载上流体流速信息的特性,通过接收和处理穿过流体的超声波信息就可以检测出流体的速度,从而换算成流量。它具有下列主要特点:①解决了大管径、大流量及各类明渠、暗渠的测量困难的问题;②对介质几乎无要求;③测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、粘度等参数的影响;④测量范围度宽,一般可达20∶1。

时差法[1]测量是在被测流体内由两对超声波发生器和接收器组成两个通道,分别在顺流方向和逆流方向发射超声波脉冲,测量其传播的时间差△t。

顺流方向发射超声波脉冲的传播时间为

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逆流方向发射超声波脉冲的传播时间为

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其中:L——超声波发射器到接收器之间的距离,也称声程;c——被测流体静止时的超声波传播速度;u——被测流体的速度。

在顺流和逆流情况下超声波的传播时间差为

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由于超声波传播速度c远大于流体流速u,故可认为c2-u2≈c2,故

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由上式可见:当超声波在静止流体中的传播速度可认为常数时,流体流速就与时间差△t成正比,测量△t即可得到流速,进而求得流量。

2 超声波流量计的安装与调试

一般,超声波流量计的安装应从以下几个方面考虑:①详细了解现场情况;②确定安装方式;③选择安装管段;④计算安装距离,确定探头位置;⑤管道表面处理;⑥探头安装及接线;⑦用示波器观察接收波形,微调并固定探头。

2.1 换能器[2]的安装

(1)正确选择安装地点

一般,当管道内径为D时上游直管段长度应大于10D,下游大于5D。当上游有泵、阀门等阻力件时,直管段长度至少应有30~50D,有时甚至要求更高,如距泵房要求70~100m。当采用双声道或多声道测量时,表前直管段可以有明显缩短。

不同形式阻流件应配置的直管段长度列于表1所示。

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(2)正确选择安装方式[3]

当流体平行于管轴流动时,通常可用图1中的透过法(Z法)安装能获得较好的精度。但当流体流动方向与管轴不平行,存在半径方向的速度成分时,应采用图1中的反射法(V法)或者采用2V法安装。对于已配置好的流体管道,特别是测量大口径管道流量时,由于上游流动状态的干扰而易于造成测量误差的场合,比较合适的措施是增加测量线,即增加超声波的传播路径,更多地接受传播路径中的流速信息,进行平均,以抵消流体扰动造成的测量误差。增加测量线时,换能器的安装应使超声波传播途径均匀地置于流通截面上。一般认为有4条测量线(即4个换能器)就足够了。

(3)确定安装距离

换能器的安装应根据具体的测量方式依据说明书上的步骤进行,各种测量方式下的安装步骤略有不同,但其原理相似。下面以普遍应用的透过法(Z法)的换能器安装为例,说明一对换能器的安装距离的确定方法。

一对换能器的安装有个基本原则,称为距离法[4]:就是发射换能器与接收换能器应在管道的半圆平分线上(对于V法,则在同一半圆基线上),并根据实际的管道内径,壁厚及被测流体的性质,参数等核算,确定两换能器之间的轴间距离h,保证安装时h值的准确。其计算公式:

h=2δ tanθ2+D tanθ3

其中:δ——管壁厚;D——管内径;θ2——声波进入管壁中角度;θ3——声波进入流体中角度

目前的超声流量计显示仪表一般都有计算安装距离的功能,只要将管道材料、管径、壁厚、等管道参数,流量计就能计量出安装距离h,然后用上述的距离法确定安装位置。

上述距离法只能用于管道条件较好的场合。当管道条 件不好时,如由于使用时间太长,结垢严重,又不知结垢(1)正确选择安装地点实际厚度,这时就很难确定安装距离h,对于这种情况,可采用渡越时间法[5]安装换能器。
[1] [2]

关键字:超声波流量计  现场管道  流量测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/1011/article_7929.html
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