超声波流量计分类及特点

2013-12-02 17:36:54来源: 21ic 关键字:超声波流量计  流量仪表  传感器
超声波流量计分类及特点

超声波流量计一样通常可分为两大类:流传时间式超声波流量计和多普勒超声波流量计。在含有悬浮粒子的活动流体中,可以使用声学多普勒效应丈量多普勒频移来确定媒质流速v,这种方法称为超声波多普勒法。

由于现在市场上的超声息体流量计产物都是流传时间式超声波流量计,以是下文将重点论述流传时间式超声波流量计的原理。当超声波在活动的媒质中流传时,相对付牢固坐标体系,超声波速率与在静止媒质中的流传速率有所差别,其变革值与媒质流速有关。因此凭据超声波速率的变革量可以求出媒质的流速,流传时间式超声波流量计便是凭据这一原理计划而成的。超声波流量计由两大部门构成:丈量变更器部门和电子电路部门。

直圆管段内流体的特性由流体的雷诺数决定,这是个无纲数(dimensionless),由流体的流速,管道直径,流体的密度和动态粘度通过盘算得出。通常环境下,被测流体可以分为湍流(turbulent)和层流(laminar)两种管流状态,当流速较高或管壁粘性较小时,流体的质点受惯性力作用较大,质点间相互稠浊呈紊乱无章不规矩的活动称湍流;流速较低或管壁粘性较大时,流体的粘性所造成的摩擦力作用较大,流体活动的状态是腻滑的层状活动,各流层的质点互不稠浊且条理明白,这种活动称为层流。湍流状态的流速以管道轴线为中央呈对数曲线对称漫衍,而层流状态下游速呈抛物线曲线对称漫衍。一样通常环境下,当雷诺数Re≥2300时,可以以为已经到达湍流而雷诺数较小时(小于2300)一样通常为层流。但这种流场特性会由于管线中存在弯管而扰乱,通常环境下这种扰乱可以形貌成在流体的管道轴向流速上叠加了一个和流向成垂直正交干系的称为涡流的流速分量,涡流的强度取决于流体由于雷同弯管的作用而孕育发生的扰乱的强度。这种涡流无疑是对超声流量计的精度孕育发生影响的,从机器安置的角度思量,可以通过在流量计前加装充足长的直管道办理。而对付流量计计划自己,可以通过多通道丈量的方法,部署交织的声道大概接纳反射型的声道来消除涡流的影响。

任何丈量都存在偏差,流传时间式超声波流量计的丈量方法,其丈量偏差大抵可以分为以下几种:

1.被测介质温度大概浓度的变革引起声速 值的相应变革,声速的变革孕育发生的流速丈量偏差称为纯温度或纯浓度偏差。

2.双通道参数的不合错误称,包罗双通道换能器参数如机器尺寸、电气特性等的不合错误称,被测介质活动状态的差别等以及电子电路的不合错误称。这些因素引起的丈量偏差称为附加温度偏差。

3.流速断面上现实流速漫衍与抱负流速漫衍之间的差别等所引起的丈量偏差称为流速断面偏差。

纯温度和纯浓度偏差是超声波流量计的重要固有偏差。如前所述,对付时差法,温度和浓度变革引起的流速丈量相对偏差为声速相对变革的两倍。

附加温度偏差一样通常分为两类,一类是由换能器参数不合错误称、电路零点漂移等引起的随机偏差,另一类是由电路布线和器件不合错误称、流速较大时引起声束偏移在顺流和逆流偏向的差别等等因素引起的体系偏差,前一种可以通过接纳单通道和统计均匀的方法减小,后一种则必要与背面提到的第三类流速断面偏差一起通过修正系数k实测标定的方法同一消除。

流量计敏捷度的界说是当流体流速变革单元量时,种种方法中所直接丈量的特性量的变革值(特性量便是指时差法中的 ),敏捷度分别为 。

流量计的丈量范畴便是流速丈量的上限和下限的起止范畴。原则上讲,流速的丈量范畴是从零开始而且没有上限,但是,在现实应用中流量丈量范畴会受到如许那样的条件的限定,好比声束的漂移以及每种方法的特性量所能到达的最小丈量值等等。

在时差法中,流速u是特性量 的单值函数,因此丈量范畴理论上没有上限,但是丈量范畴的下限却受到了限定,这重要是对时差的丈量决定的。要是一个别系可以到达0.01微秒的绝对精度,要是要包管1%的丈量精度,测时下限便是1微秒。当超声波束在管道中反射后由吸收换能器吸收,根据式(1-2)取 ,D=50毫米, =340米秒 ,则流速丈量的下限是u=0.578米秒 。要是在此底子上,必要进一步进步体系的丈量精度,那么可以接纳时间扩展法,也便是使超声波顺流和逆流分别发射多次如N次,再颠末统计均匀,丈量相对精度相应进步 倍。同时这种方法还可以使流速丈量下限扩展到 。从式(1-2)中可以看出敏捷度与直径D成正比,与媒质中声速 平方成反比。在管道直径增大和丈量声速较小的流体时,敏捷度会进步。

噪声

通常环境下,管道上存在振动,这些振动由泵、减压阀等引起,这些振动发射超声噪声,噪声频谱可以延伸至超声换能器的事情频率范畴内。噪声的引入可以是流体感到噪声,大概设置装备部署感到噪声,诸如由减压阀所发出的噪声。后一种范例的滋扰噪声更为严峻,分外是当如许的减压阀事情于高压差的时间,比方高于10或20bar,在这些条件下,所耗散的能量可以相称大,纵然只有非常少的部门被转换成为声能,但照旧大概发出非常大的噪声。由于信号和噪声频率范畴同等,在信号被噪声吞没的环境下,流传时间就不克不及被有用检出,流量计大概不克不及事情。通常的办理措施一是在流量计的安置位置上思量,通过加长管线的方法使流量计只管即便阔别噪声源,二是应用数字信号处置处罚技能,好比用一些滤波和相干算法。进步信噪比是研究怎样进步流量计性能的重要内容。

产业尺度和产业应用

只管现在公布有AGA N09号陈诉,ISO公布有TR12765技能文件,我国也订定了相应的GB/T18604尺度,但从产业化、尺度化应用角度来看,超声流量计要得到产业上的遍及应用,还应当办理以下四个方面题目。

- 针对产业流场上游侧差别范例阻力件孕育发生的影响,公道确定不怜悯况下游量计上游直管段长度

- 操纵压力、温度及气体组分的变革对流量丈量影响及校正措施。

- 差别雷诺数速率漫衍剖面修正系数准确确定和流量计主体多少尺寸偏差所带来对精度的影响。

- 探头电气特性的稳固性及探头的交换性等。

别的,关于超声流量计标定还没有到达共鸣。从超声流量计的布局和丈量原理来看,这种速率型流量仪表可以实现“干标”。这是由于使用现在的丈量技能及本领,流量计腔体多少尺寸D、声道长度L和传感器间的轴向长度X是可以得到正确测定的。要是电子电路和传感器的性能得到正确丈量,传感器组件的电气特性稳固并具有可交换性,那么“干标”就可得到现实的应用。然而,现在仍没有充足技能步伐和理论来证明这一点。当前,在北美、南美、欧洲,供需两边都要求用于商业计量的超声流量计有充足的丈量精度,基于这一点,可信任的措施照旧要标定。(end)

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编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/1202/article_8283.html
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