详述超声波流量计设计原理及使用中如何正确选择探头位置

2016-06-22 08:50:59来源: eefocus
超声波流量计的应用现在是越来越普遍了,在许多需要机动测量的工控条件下,超声波流量大有用武之地,超声波流量计是如何工作的,其工作的原理是怎么样的一种机制,今天与大家分享。
 
我们知道,生产和生活中我们的身边会有各种各样的波,有些波我们可以感受到,比如光波和普通的声波,物体震动的波,最为典型的是地震波,有些波我们则感受不到,比如超声波,无线电波,电磁波。波按性质分为电磁波和机械波两大类。电磁波是由于电磁力的作用而产生的,是电磁场变化在空间的传播过程。电磁波按频率可分为无线电波、红外线、可见光、紫外光、X射线等,工业生产中经常使用到的电磁流量计就是这种类型的仪表。机械波是由于机械力产生的机械波动在介质中的传播,它传播的是机械能,仅能在介质中传播。声波是一种机械波,按频率分为次声波、可闻声波、超声波。频率低于20Hz的波是次声波;频率在20~20000Hz的波成为可闻声波;频率在20kHz以上的波称之为超声波。

      超声波是频率在20kHz以上的机械振动波,它的指向性好,能量集中,穿透本领大,能穿透几米厚的钢板,能量消耗不大,在遇到两种介质的分界面时,能产生明显的反射和折射现象。

      超声波在传播的过程中是有一定的衰退现象,这是因为介质吸收超声波的能量而引起的。超声波在空气中衰减较快,尤其是频率高时衰减更快,故在空气中传播时采用频率较低的超声波,一般在几十kHz,(40kHz)而在液体及其固体中衰减较慢,传播较远,因此可采用较高的频率,一般为几百kHz或更高。

      超声波传感器应用范围比较广阔,可用于测流量(超声波流量计)、测液位(超声波液位计)、测物位(超声波物位计)测材料厚度和防盗报警。
超声波流量计在安装的时候一定要确定安装的位置,这样才能够更好地不让安装超声波流量计出现问题,如果在安装超声波流量计的时候出现了问题,那么将会是非常麻烦的一个处理。所以大家一定要清楚在安装的时候,安装的位置应该避开什么东西。
  
  1、避免在水泵、大功率电台、变频,即有强磁场和震动干扰处安装机器;  
  2、选择管材应均匀致密,易于超声波传输的管段;  
  3、要有足够长的直管段,安装点上游直管段必须要大于10D(注:D=直径),下游要大于5D;  
  4、安装点上游距水泵应有30D距离;  
  5、流体应充满管道。
  
  超声波流量计安装要求在所有流量计的安装中是最简单便捷的,只要选择一个合适的测量点,把测量点处的管道参数输入到流量计中,然后把探头固定在管道上即可。
  
  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±45o范围内安装,以防止上部有不满管、气泡或下部有沉淀等现象影响传感器正常测量。如果受安装地点空间的限制而不能水平对称安装时,可在保证管内上部分无气泡的条件下,垂直或有倾角地安装传感器
  
  在安装探头之前,选择出管材致密部分进行探头安装,须把管外欲安装探头的区域清理干净,除去一切锈迹油漆,最好用角磨机打光,再用干净抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰尘,然后在探头的中心部分和管壁涂上足够的耦合剂
  
  超声波流量计安装要求探头过程中,千万注意在探头和管壁之间不能有空气泡及沙砾。在水平管段上,要把探头安装在管道截面的水平轴上,以防管内上部可能存在气泡。如果受安装地点空间的而不能水平对称安装探头,可在保证管内上部分无气泡的条件下,垂直或有倾角地安装探头。
  
  探头间距以两探头的最内距离边缘为准在输入了所需的参数以后,查看显示窗口25所显示的数字,并使探头的间距符合25号窗口的数据。
  
  探头安装方式共有四种。这四种方式分别是v法、z法、n法和w法。下面分别说明。一般地在小管径时(dn15~200mm)可先选用v法;v法测不到信号或信号质量差时则选用z法,管径在dn200mm以上或测量铸铁管时应优先选用z法。一般情况下是标准的安装方法,使用方便,测量准确。可测管径范围为15mm至大约400mm;安装探头时,注意两探头水平对齐,其中心线与管道轴线水平。
  
  当管道很粗或由于液体中存在悬浮物、管内壁结垢太厚或衬里太厚,造成v法安装信号弱,机器不能正常工作时,要选用z法安装。原因是;使用z法时,超声波在管道中直接传输,没有折射(称为单声程),信号衰耗小。z法可测管径范围为100mm至6000mm。实际安装流量计时,建议200mm以上的管道都要选用z法(这样测得的信号最大)。
  
  安装时,超声波束在管道中折射两次穿过流体三次(三个声程),适于测量小管径管道。n法通过延长超声波传输距离,提高测量精度(不常用方法)。
  
  同n法一样,w法也通过延长超声波传输距离的办法来提高小管测量精度。适于测量50mm以下的小管。使用w法时,超声波束在管内折射三次,穿过流体四次(四个声程)。
  
  检查安装是指检查探头安装是否合适、是否能够接收到正确的、足够强的、可以使机器正常工作的超声波信号,以确保机器长时间可靠的运行。通过检查接收信号强度、总传输时间、时差以及传输时间比,可确定安装是否最佳。
  
安装的好坏直接关系到流量值的准确,流量计是否长时间可靠的运行。虽然大多数情形下,把探头简单地涂上偶合剂贴到管壁外,就能得到测量结果,这时还是要进行下列的检查,以确保得到最好的测量结果并使流量计长时间可靠的运行。

关键字:超声波流量计  设计原理  探头位置

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016062215948.html
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