超声波流量计的使用方法.docVIP

超声波流量计使用说明书 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。文章对我佃国内市场上出现 了各类超声波流量进行了深入研究分析，结合多年的实际应用经验，系统阐述了超声波流量计的分类方法；从仪表性能、被测介质经济性，实用性等方面总结了选用超声波流量的原则，并对应用中如何选位、安装、维护提出具体建议，为用户合理选择和应用超声波流量计提供了一些可以借鉴的经验和方法。 第一节 超声波流量计工作原理 封闭管道用USF按测量原理分类有：① 传播时间法；② 多普勒效应法；③ 波束偏移法；④ 相关法；⑤ 噪声法。本文将讨论用得最多的传播时间法和多普勒效应法的仪表。 1.1 传播时间法 声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，称之传播时间法。按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频差法。现以时差法阐明工作原理。 (1)流速方程式 超声波逆流从换能器1送到换能器2的传播速度c被流体流速Vm所减慢 反之，超声波顺流从换能器2传送到换能器1的传播速度则被流体流速加快。 (2)流量方程式 传播时间法所测量和计算的流速是声道上的线平均流速，而计算流量所需是流通横截面的面平均流速，二者的数值是不同的，其差异取决于流速分布状况。因此，必须用一定的方法对流速分布进行补偿。此外，对于夹装式换能器仪表，还必须对折射角受温度变化进行补偿，才能精确的测得流量。 1)夹装式换能器仪表声道角的修正 夹装式换能器USF除了做流速分布修正外，必要时还要做声道角变化影响的修正。根据斯那尔(Snall)定律式(7)和图2，声道角θ随流体中声速c的变化而变化，而c又是流体温度的函数(以水为例，见图3)，因此，必须对θ角进行自动跟踪补偿，以达到温度补偿的目的。 θ角不但受流体声速影响，还与声楔和管壁材料中的声速有关。然而因为一般固体材料的声速变化比液体声速温度变化小一个数量级，在温度变化不大的条件下对测量精确度的影响可以忽略不计。但是在温度变化范围大的情况下(例如高低温换能器工作温度范围-40-200℃)就必须对声楔和管壁中声速的大幅度变化进行修正。 2)多声道直射式换能器仪表的流量方程式直射式换能器仪表的流量方程没有管壁材料折射温度变化影响。多声道仪表常用高斯积分法或其他积分法计算流量。 2.2 多普勒(效应)法 多普勒(效应)法USF是利用在静止(固定)点检测从移动源发射声波多产生多普勒频移现象。 (1)流速方程式 超声换能器A向流体发出频率为fA的连续超声波，经照射域内液体中散射体悬浮颗粒或气泡散射，散射的超声波产生多普勒频移fd，接收换能器B收到频率为fB的超声波，其值为 (2)流量方程式 多普勒法USF的流量方程式形式上与式(6)相同，只是所测得的流速是各散射体的速度v(代替式中的Vm)，与载体液体管道平均流速数值并不一致；方程式中流速分布修正系数Kd以代替K0，Kd是散射体的“照射域”在管中心附近的系数；其值不适用于在大管径或含较多散射体达不到管中心附近就获得散射波的系数。 (3)液体温度影响的修正 式(11)中又流体声速c，而c是温度的函数，液体温度变化会引起测量误差。由于固体的声速温度变化影响比液体小一个数量级，即在式(11)中的流体声速c用声楔的声速c0取代，以减小用液体声速时的影响。因为从图6可知cosθ=sinφ，再按斯纳尔定律sinφ/c＝sinφ0/c0，式(11)便可得式(12)，其中c0/sinφ0可视为常量。 (4)散射体的影响 实际上多普勒频移信号来自速度参差不一的散射体，而所测得各散射体速度和载体液体平均流速间的关系也有差别。其他参量如散射体粒度大小组合与流动时分布状况，散射体流速非轴向分量，声波被散射体衰减程度等均影响频移信号。 第二节 优缺点和局限性 2.1 优点 USF可作非接触测量。夹装式换能器USF可无需停流截管安装，只要在既设管道外部安装换能器即可。这是USF在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性(即非定点固定安装)测量，适用于管网流动状况评估测定。USF为无流动阻挠测量，无额外压力损失。 流量计的仪表系数是可从实际测量管道及声道等几何尺寸计算求得的，既可采用干法标定，除带测量管段式外一般不需作实流校验。 USF适