超声波流量计在一联合常减压装置中的应用

2013-10-21 11:53:21来源: 21ic
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,它从20世纪80年代开始进入我国工业生产和计量领域,并在90年代得到迅速发展。近几年来,随着电子技术、数字技术的发展,使得超声波流量计的技术不断发展,基于不同原理、不同结构,适用于不同场合的各种类型超声波流量计得到了广泛应用,尤其在测量某些特殊介质流体时,因其具有运行稳定、安装简单、维护量小等优点,深受广大用户的青睐,所以在国内外的石油、化工、冶金、自来水、矿山、造纸、钢铁等工矿企业得到了广泛的应用。在一联合常减压装置有九台被应用,占据很重要的位置。

1 超声波流量计的分类

超声波流量计是一种利用流体流动对超声波束在流体中传播速度的改变来测量满管流体体积的仪表。按照不同的测量原理、结构、供电方式和使用场合分类,有如下几种形式。

根据对信号检测原理的不同可分为多种,主要有时差式、多普勒式和声束偏移式流量计。声束偏移式流量计是利用超声波在流体中传播时,因流体流动而产生的偏移程度来反映流速或流量值。

根据超声换能器的配置方式的不同,可以分为单声道、双声道和多声道三种形式流量计。双声道换能器能发射两个不同频率的独立超声波信号,两种频率用于自动识别和消除诸如有不稳定的频率激励而产生的噪声干扰,从而大大提高了测量准确度。

根据换能器的供电方式不同,可以分为外帖式、管段式和插入式三种。管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一体,解决了管道因材质疏松内壁积垢等原因,导致超声波信号严重衰减的难题,同时提高了测量准确度。插入式超声波流量计可以在不断流的情况下,利用专用工具在管道上打孔,将换能器插入管道内进行测量。由于换能器直接在管道内发射和接收信号,其信号只经过被测介质,而不经过管壁和衬里,所以流量测量不受管壁和衬里材质的影响。

根据超声波流量计的使用场合不同,可分为固定式和便捷式两种形式。固定式超声波流量计安装在管道固定位置上长期连续运行,通常有4~20mA信号输出,供远传显示、控制使用。便捷式流量计主要用于对不同口径、材质的管道内流体流量作临时性测量,就地显示或存储流量信息。

2 超声波流量计的测量原理

2.1 多普勒式超声波流量计

内容多普勒式超声波流量计是利用多普勒效应原理来测量立体的流量。

如图1所示,换能器A发射频率为fA的超声波信号,经过管道内流体中的悬浮颗粒或气泡后,频率发生偏移,以fB的频率反射到换能器B,着就是多普勒效应,fA与fB之差即为多普勒频差fd。

设流体的平均流速为vm,超声波声速为C,多普勒频移fd正比于流体平均流速vm,即

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所以流体流速

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当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定后,C、fA、θ即为常数,流体平均流速和多普勒频移成正比,通过测量频移就可以得到流体流速,进而求得流体流量。

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图1 多普勒式超声波流量计测量原理

2.2 时差式超声波流量计

内容当超声波在流体中传播时,探头A发射的超声波脉冲被探头B接收,同时探头B也发射超声波脉冲,被探头A接收,于是同一传播距离就产生顺流和逆流传播的时间差,时差式超声波流量计就是利用超声波顺流和逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原理求得流速,进而求得流量。

如图2所示,超声波换能器A和B安装于测量管道的外侧,组成一个测量声道,两个换能器之间的距离为L,测量声道A和B与测量管道中心轴线形成夹角θ,超声波在被测流体中声波传播速度为C。

由换能器A向换能器B发送超声波信号,这是顺流方向,其传播时间为:

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式中,C、L、θ均为常数,测得时间差Δt即可求得流体平均流速vm,再乘以管道截面积就可算出流体的体积流量。
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关键字:超声波流量计  减压装置  多普勒式

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/1021/article_8001.html
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