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超聲波流量計的基本原理及特點

發布:2021/3/26 8:56:49人氣:149
1.超聲波流量計的現狀
超聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術迅速發展才開始應用的一種非接觸式儀表,適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態,不產生附加阻力,儀表的安裝及檢修均可不影響生產管線運行因而是一種理想的節能型流量計。
 
2.超聲波流量計的原理
超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速,從而換算成流量。
 
3.超聲波流量計的類型
根據檢測的方式,可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關法等不同類型的超聲波流量計。
眾所周知,目前的工業流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題,這是因為一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來制造和運輸上的困難,造價提高、能損加大、安裝不僅這些缺點,超聲波流量計均可避免。因為各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流,儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關,而其它類型的流量計隨著口徑增加,造價大幅度增加,故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優越。被認為是較好的大管徑流量測量儀表,多普勒法超聲波流量計可測雙相介質的流量,故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發電廠中,用便攜式超聲波流量計測量水輪機進水量、汽輪機循環水量等大管徑流量,比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測量。管徑的適用范圍從2cm到5m,從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。
另外,超聲測量儀表的流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數的影響,又可制成非接觸及便攜式測量儀表,故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題。另外,鑒于非接觸測量特點,再配以合理的電子線路,一臺儀表可適應多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計的適應能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優點因此它越來越受到重視并且向產品系列化、通用化發展,現已制成不同聲道的標準型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應不同介質,不同場合和不同管道條件的流量測量。
 
4.超聲波流量計的組成及其特點
超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量,并將其發射到被測流體中,接收器接收到的超聲波信號,經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。它利用壓電材料的壓電效應,在壓電元件上產生超聲波振動。超聲波以某一角度射入流體中傳播,然后由接收換能器接收,并經壓電元件變為電能,以便檢測。超聲波流量計的電子線路包括發射、接收、信號處理和顯示電路。根據對信號檢測的原理,目前超聲波流量計大致可分傳播速度差法(包括:直接時差法、時差法、相位差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關法、空間濾波法及噪聲法等類型。其中以噪聲法原理及結構最簡單,便于測量和攜帶,價格便宜但準確度較低,適于在流量測量準確度要求不高的場合使用。頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差,準確度較高,所以被廣泛采用。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產生偏移來反映流體流速的,低流速時,靈敏度很低適用性不大。多普勒法是利用聲學多普勒原理,通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的,適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。相關法是利用相關技術測量流量,原理上,此法的測量準確度與流體中的聲速無關,因而與流體溫度,濃度等無關,因而測量準確度高,適用范圍廣。但相關器價格貴,線路比較復雜。噪聲法(聽音法)是利用管道內流體流動時產生的噪聲與流體的流速有關的原理,通過檢測噪聲表示流速或流量值。其方法簡單,設備價格便宜,但準確度低。
以上幾種方法各有特點,應根據被測流體性質,流速分布情況、管路安裝地點以及對測量準確度的要求等因素進行選擇。一般說來由于工業生產中工質的溫度常不能保持恒定,故多采用頻差法及時差法。只有在管徑很大時才采用直接時差法。多普勒法適于測量兩相流,可避免常規儀表由懸浮?;驓馀菰斐傻亩氯?、磨損、附著而不能運行的弊病,因而得以迅速發展。隨著工業的發展及節能工作的開展,煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應用以及燃料油加水助燃等節能方法的發展,都為多普勒超聲波流量計應用開辟廣闊前景。

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