超声波用于气体和流体的流速测量有许多优点。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来,由于电子技术的发展,电子元气件的成本大幅度下降,使得超声波流量仪表的制造成本大大降低,超声波流量计也开始普及起来。经常有读者回询问有关超声波流量测量方面的问题。作为普及,我们将陆续撰写一些专题文章,来介绍一些相关知识,以便推广和普及超声波流量技术的普及和提高。本文主要介绍目前最为常用的测量方法:时差法超声波流量计的原理和设计。
2 时差法超声波流量计的原理
时差法超声波流量计他是利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波,通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速,在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
两个超声波换能器:顺流换能器和逆流换能器,两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离,管线的内直径为D,超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。由于流体流动的原因,是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短,其时间差可用下式表示:
式中X是两个换能器在管线方向上的间距。
主要有两个超声波发射单元、一个时间测量单元和一个控制器。他们共同来完成超声波的发射、接受和时间差的测量等工作。其他的外围单元主要是为了测量仪表的参数设定、测量数据的输出、显示和传送等功能,可参考相关资料,这里不作介绍。
时差法超声波流量计的换能器安装方式可以有多种。常见的有外加式和管段式,也有介入式,比如家用煤气表一般可采用介入式。无论何种安装方式其原理大同小异。比如介入式就是取上面公式中的θ=0。
超声波波用于流体的测量还有其他几种基于不同原理的测量方法:多卜勒频移法、相位差法和相关法等等,各有优缺点,可根据不同的使用条件和计量精度等因素加以选取。
时差式超声波流量计在安装过后在无保养的前提下一般都能正常运行很长一段时间,如果出现了接收不到信号或信号太弱的问题也不必惊讶,只要您要据仪表科技为建议五个步骤,规范的操作、认真处理便很快地恢复正常:
时差式超声波流量计在安装过后在无保养的前提下一般都能正常运行很长一段时间,如果出现了接收不到信号或信号太弱的问题也不必惊讶,只要您要据仪表科技为建议五个步骤,规范的操作、认真处理便很快地恢复正常:
1.首先确认管道中流量计是否充满流体;
2.如果管道太靠近墙壁,可在有倾斜角度的管道直径上安装探头,而不必非在水平管道直径上安装,应选用Z法安装探头;
3.仔细选择管道致密部分并充分打磨光亮,涂抹充分的藕合剂安装好探头;
4.分别细心地在安装点附近慢慢移动每个探头,寻找到最大信号点,防止因为管道内壁结垢或因为管道局部变形导致超声波束反射出预计的区域而错过可接收到较强信号的安装点;
5.对内壁结垢严重的金属管道可使用击打的办法使结垢部分脱落或裂缝,但要注意,此方法有时反而因为结垢和内壁之间产生空隙而丝毫无助于超声波的传输。
由于外夹式超声波流量计常用来测量脏污流体,运行一段时间后,常会在传感器内壁积聚附着层而产生故障。建议在有条件的情况下能够大在上游安装过滤装置,那样会更好地发挥仪表稳定精确的效能,保持测量数据的稳定性。
随着电子技术的迅速发展、超声波技术的普及以及产品成本的降低和可靠性的提高,我们相信,超声波流量仪表将成为流体计量中最为普遍采用的手段。
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超声波流量计的正确安装距离