如何正确地选择并使用超声波流量计测量空调水流量

2016-06-02 09:35:50来源: eefocus
空调水的测量所选择的流量计种类并不多,超声波流量计是其中一种使用较多的种类之一,如何能够正确地选择超声波流量计,选择超声波流量计时需要关注的要点有哪些?其工作原理是什么?安装与使用、维护时又需要关注哪些内容?都是值得我们重视的地方。本文介绍了空调水流量测量中应用的超声波流量计的工作原理、测量点选择原则、夹装式传感器安装要点及测量操作步骤,并总结多年空调水流量测试实践,提出了保证测量结果准确性的技术措施。
  
  1.超声波流量计工作原理
    封闭管道用USF按测量原理分类有:时间传播法、多普勒效应法、波束偏移法、相关法、噪声法。其中时间传播法又可分为时差法、相位差法、频差法。目前应用于空调水系统中的USF的测量原理主要有时差法和多普勒效应法。润中仪表科技出品的RZ-1158系列流量计也是属于时差式超声波流量计,经广大用户的使用,稳定性和测量效果超好,是选择超声波流量计产品值得推荐的产品。
    1.1 时差式USF测量原理
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    超声波在液体中传播,由于流体流速不同会使超声波传播速度发生变化。如图1所示,取超声波在静止流体中声速为c,流体流速为v,上下游传感器的安装距离为L。当超声波传播方向与流体方向一致时,超声波传播速度为(c+v),当超声波传播方向与流体方向相反时,超声波传播速度为(c-v);则顺流方向传播时间tl=L/(c+v),逆流方向传播时间t2=L/(c-v),则有:
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    c、L为常数,测得时间差△t即可求出流体流速v,进而求得流体流量。
    1.2 多普勒USF测量原理
    多普勒USF是以利用多普勒效应原理来测量流体流量。如图2所示,传感器1发射频率为f1的超声波信号,经过管道内液体中悬浮颗粒或气泡后,频率发生偏移,以f2的频率反射到传感器2,这就是多普勒效应,f2与f1之差即为多普勒频差fd。
    取流体流速为v,超声波声速为c,多普勒频移fd正比于流体流速v,即:
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    当管道条件、传感器安装位置、发射频率、声速确定以后,c、f1、θ即为常数,流体流速和多普勒频移成正比,通过测量频移就可得到流体流速,进而求得流体流量。
    1.3 两者使用主要区别
    1.3.1 被测流体水质要求不同。时差式USF适用于比较洁净的流体测量,多普勒USF主要用于测量含有适量能给出强反射信号的颗粒或气泡的液体。时差式USF可以测量悬浮颗粒较少的液体,多普勒USF要比时差式USF适用悬浮颗料含量上限高得多,而且可以测量连续混入气泡的液体。
    1.3.2 测量精度不同。时差式USF测量精度比多普勒USF高,时差式USF测量精度可以达到±(0.5~1)%,重复性误差0.1%~0.3%;多普勒USF测量精度一般为±(1~2)%,重复性误差0.5%~1%。
   


2 测量点选择原则
    为保证空调水流量测量精度,选择测量点时要求选择流体流场均匀的部分,一般应遵循下列原则:
    2.1 被测管道内流体必须是满管。
    2.2 选择被测管道的材质应均匀质密,易于超声波传播,如垂直管段(流体由下向上)或水平管段(整个管路中最低处为好)。
    2.3 安装距离应选择上游大于10倍直管径,下游大于5倍直管径(注:不同仪器要求的距离会有所不同,具体距离以使用的仪器说明书为准)以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段,测量点应充分远离阀门、泵、高压电、变频器等干扰源。
    2.4 充分考虑管内结垢状况,尽量选择无结垢的管段进行测量。
   
3 夹装式流量传感器安装要点
    3.1 流量传感器安装方式的确定
    3.1.1 时差式USF传感器安装方式有三种,分别是V法、Z法和W法,如图3所示。
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    测量时采用何种安装方式,仪器说明书均有规定,但在边界范围一般比较模糊。如TFX1020P时差式超声波流量计:V型安装法适用测量管径25~400㎜,Z型安装法适用测量管径100~2540㎜,W型安装法适用测量管径65㎜以下小管。V型与Z型、V型与W型在适用测量管径均有部分重叠,如遇此情况则按下列原则选择最佳安装方式:V型安装一般情况下是标准安装方式,使用方便,测量准确。当被测管道很粗或由于被测流体浊度高、管道内壁有衬里或结垢太厚,造成V型安装信号弱,仪表不能正常工作时,选用Z型安装。原因是使用Z型安装时,超声波在管道中直接传输,没有折射,信号衰耗小。W型安装适于小管,通过延长超声波传输距离的办法来提高小管测量精度,如图3(c),使用W型安装时,超声波束在管内折射三次,穿过流体四次。
    3.1.2 多普勒USF流量传感器安装方式有两种,分别是对称安装和同侧安装,如图4所示。对称安装适用于中小管径(通常小于600㎜)管道和含悬浮颗粒或气泡较少的液体;同侧安装适用于各种管径的管道和含悬浮颗粒或气泡较多的液体。
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    3.2 传感器安装要求
    3.2.1.剥净测量点处附近保温层和保护层,使用角磨砂轮机、锉、砂纸等工具将管道打磨至光亮平滑无蚀坑。要求:漆锈层磨净,凸出物修平,避免局部凹陷,光泽均匀,手感光滑圆润。需要特别注意,打磨点要求与原管道有同样的弧度,切忌将安装点打磨成平面,用酒精或汽油等将此范围擦净,以利于传感器粘接。
    3.2.2 在水平管段上,两个传感器必须安装在管道轴面的水平方向上,并且在轴线水平位置±45°的范围内安装,以防止管内上部流体不满、有气泡或下部有沉淀等现象影响正常测量,如图5所示。
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    3.2.3 传感器安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝,如图6所示。
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    3.2.4 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。
   
4 测量操作步骤
    4.1 了解现场情况,确定空调水流量测点位置。测量前应了解现场情况包括:管道材质、管壁厚度及管径;流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管;安装现场是否有干扰源(如变频、强磁场等)。根据现场了解的情况,结合上述“测量点选择原则”确定水流量测点最佳位置。
    4.2 用绳子和尺测量测点处管道外径,用超声波测厚仪测量管道壁厚。
    4.3 确定传感器安装方式。
    4.4 求安装距离,确定传感器位置。将管道参数输入USF,选择传感器安装方式,得出安装距离。如V法安装:先确定一个点,按安装距离在水平位置量出另一个点;Z法安装:先确定一个点,按安装距离在水平位置量出另一个点,然后测出此点在管道另一侧的对称点。
    4.5 测量点处管道表面处理。
    4.6 传感器与仪表接线。
    4.7 微调传感器位置。观察流量计仪表的信号强度、信号质量度、信号传输时间差与传输时间比等参数值,如发现不好,则细微调整探头位置,直到这些参数值达到仪器说明书规定的范围之内。如无法调整,则需要改换合适安装方式。传感器位置调整好以后,用所配卡具将传感器固定好。
    4.8 再次确认USF的信号强度、信号质量度、信号传输时间差与传输时间比等参数值符合规定要求,即可从USF读取实际流量值。
   
5 保证测量结果准确性的技术措施
    5.1 根据所测试流体的洁净程度来判断使用何种类型的USF:一般的空调冷冻和冷却水系统可采用多普勒USF测量;若所测试的空调水系统刚冲洗干净或有很好的水处理工艺,水系统洁净程度很高,则采用时差式USF测量为好。
    5.2 正确选择测量点位置及传感器安装方式以保证USF正常稳定工作。尽量选择在远离阀门、三通等局部阻力构件的直管段测试,测点的距离应满足仪器使用说明书中注明的要求,减小误差。
    5.3 由于USF通常都利用电磁仪表显示测试结果,强电磁场会对它的性能产生一定的影响。因此在使用过程中应该尽量使USF避开有变频设备、变压设备等场所,以免影响测试工作。
    5.4 确保所测量的水管内是满管流动,USF实际测得的是流体的速度,流量是根据输入的管径计算出流动断面的面积,然后乘以流速得到的,只有满管流动才能保证测试数据是准确的。
    5.5 重视测试前的准备工作,如保温层的剥离、管道表面的除锈、除漆等,这样才能确保测试数据的准确。安装传感器过程中,千万注意在传感器和管壁之间不能有空气泡及沙砾。
    5.6 正确管道参数输入是保证测量结果准确的关键。USF仪器本身的精度是在正确的管道参数下得到的,但要求操作者能在测量时输入正确的管道参数,才能得到正确的流量值。管径误差、管壁测厚误差对USF测量准确度的影响很大,但可通过现场精确实测来控制。
    5.7 对于长期停流的空调水管道,正式测量前应以大流量冲刷沉积管壁的锈垢等沉淀物。
    5.8 超声波流量计作为精密仪器,长期使用会使测量产生一定误差,应定期送法定计量单位校准,提供修正系数来减少测量值误差。
    5.9 不同型号USF的流量传感器在发射频率等技术性能不同,测量时不能混用。

关键字:超声波流量计  测量空调  水流量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016060215700.html
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