超聲波流量計分類(lèi)及特點(diǎn)

超聲波流量計分類(lèi)及特點(diǎn)

超聲波流量計一樣通?？煞譃閮纱箢?lèi)：流傳時(shí)間式超聲波流量計和多普勒超聲波流量計。在含有懸浮粒子的活動(dòng)流體中，可以使用聲學(xué)多普勒效應丈量多普勒頻移來(lái)確定媒質(zhì)流速v，這種方法稱(chēng)為超聲波多普勒法。

由于現在市場(chǎng)上的超聲息體流量計產(chǎn)物都是流傳時(shí)間式超聲波流量計，以是下文將重點(diǎn)論述流傳時(shí)間式超聲波流量計的原理。當超聲波在活動(dòng)的媒質(zhì)中流傳時(shí)，相對付牢固坐標體系，超聲波速率與在靜止媒質(zhì)中的流傳速率有所差別，其變革值與媒質(zhì)流速有關(guān)。因此憑據超聲波速率的變革量可以求出媒質(zhì)的流速，流傳時(shí)間式超聲波流量計便是憑據這一原理計劃而成的。超聲波流量計由兩大部門(mén)構成：丈量變更器部門(mén)和電子電路部門(mén)。

直圓管段內流體的特性由流體的雷諾數決定，這是個(gè)無(wú)綱數（dimensionless），由流體的流速，管道直徑，流體的密度和動(dòng)態(tài)粘度通過(guò)盤(pán)算得出。通常環(huán)境下，被測流體可以分為湍流(turbulent)和層流(laminar)兩種管流狀態(tài)，當流速較高或管壁粘性較小時(shí)，流體的質(zhì)點(diǎn)受慣性力作用較大，質(zhì)點(diǎn)間相互稠濁呈紊亂無(wú)章不規矩的活動(dòng)稱(chēng)湍流；流速較低或管壁粘性較大時(shí)，流體的粘性所造成的摩擦力作用較大，流體活動(dòng)的狀態(tài)是膩滑的層狀活動(dòng)，各流層的質(zhì)點(diǎn)互不稠濁且條理明白，這種活動(dòng)稱(chēng)為層流。湍流狀態(tài)的流速以管道軸線(xiàn)為中央呈對數曲線(xiàn)對稱(chēng)漫衍，而層流狀態(tài)下游速呈拋物線(xiàn)曲線(xiàn)對稱(chēng)漫衍。一樣通常環(huán)境下，當雷諾數Re≥2300時(shí)，可以以為已經(jīng)到達湍流而雷諾數較小時(shí)（小于2300）一樣通常為層流。但這種流場(chǎng)特性會(huì )由于管線(xiàn)中存在彎管而擾亂，通常環(huán)境下這種擾亂可以形貌成在流體的管道軸向流速上疊加了一個(gè)和流向成垂直正交干系的稱(chēng)為渦流的流速分量，渦流的強度取決于流體由于雷同彎管的作用而孕育發(fā)生的擾亂的強度。這種渦流無(wú)疑是對超聲流量計的精度孕育發(fā)生影響的，從機器安置的角度思量，可以通過(guò)在流量計前加裝充足長(cháng)的直管道辦理。而對付流量計計劃自己，可以通過(guò)多通道丈量的方法，部署交織的聲道大概接納反射型的聲道來(lái)消除渦流的影響。

任何丈量都存在偏差，流傳時(shí)間式超聲波流量計的丈量方法，其丈量偏差大抵可以分為以下幾種：

1.被測介質(zhì)溫度大概濃度的變革引起聲速 值的相應變革，聲速的變革孕育發(fā)生的流速丈量偏差稱(chēng)為純溫度或純濃度偏差。

2.雙通道參數的不合錯誤稱(chēng)，包羅雙通道換能器參數如機器尺寸、電氣特性等的不合錯誤稱(chēng)，被測介質(zhì)活動(dòng)狀態(tài)的差別等以及電子電路的不合錯誤稱(chēng)。這些因素引起的丈量偏差稱(chēng)為附加溫度偏差。

3.流速斷面上現實(shí)流速漫衍與抱負流速漫衍之間的差別等所引起的丈量偏差稱(chēng)為流速斷面偏差。

純溫度和純濃度偏差是超聲波流量計的重要固有偏差。如前所述，對付時(shí)差法，溫度和濃度變革引起的流速丈量相對偏差為聲速相對變革的兩倍。

附加溫度偏差一樣通常分為兩類(lèi)，一類(lèi)是由換能器參數不合錯誤稱(chēng)、電路零點(diǎn)漂移等引起的隨機偏差，另一類(lèi)是由電路布線(xiàn)和器件不合錯誤稱(chēng)、流速較大時(shí)引起聲束偏移在順流和逆流偏向的差別等等因素引起的體系偏差，前一種可以通過(guò)接納單通道和統計均勻的方法減小，后一種則必要與背面提到的第三類(lèi)流速斷面偏差一起通過(guò)修正系數k實(shí)測標定的方法同一消除。

流量計敏捷度的界說(shuō)是當流體流速變革單元量時(shí)，種種方法中所直接丈量的特性量的變革值（特性量便是指時(shí)差法中的 ），敏捷度分別為 。

流量計的丈量范疇便是流速丈量的上限和下限的起止范疇。原則上講，流速的丈量范疇是從零開(kāi)始而且沒(méi)有上限，但是，在現實(shí)應用中流量丈量范疇會(huì )受到如許那樣的條件的限定，好比聲束的漂移以及每種方法的特性量所能到達的最小丈量值等等。

在時(shí)差法中，流速u(mài)是特性量 的單值函數，因此丈量范疇理論上沒(méi)有上限，但是丈量范疇的下限卻受到了限定，這重要是對時(shí)差的丈量決定的。要是一個(gè)別系可以到達0.01微秒的絕對精度，要是要包管1％的丈量精度，測時(shí)下限便是1微秒。當超聲波束在管道中反射后由吸收換能器吸收，根據式(1－2)取 ，D＝50毫米， =340米秒 ,則流速丈量的下限是u=0.578米秒 。要是在此底子上，必要進(jìn)一步進(jìn)步體系的丈量精度，那么可以接納時(shí)間擴展法，也便是使超聲波順流和逆流分別發(fā)射多次如N次，再顛末統計均勻，丈量相對精度相應進(jìn)步 倍。同時(shí)這種方法還可以使流速丈量下限擴展到 。從式(1－2)中可以看出敏捷度與直徑D成正比，與媒質(zhì)中聲速 平方成反比。在管道直徑增大和丈量聲速較小的流體時(shí)，敏捷度會(huì )進(jìn)步。

噪聲

通常環(huán)境下，管道上存在振動(dòng)，這些振動(dòng)由泵、減壓閥等引起，這些振動(dòng)發(fā)射超聲噪聲，噪聲頻譜可以延伸至超聲換能器的事情頻率范疇內。噪聲的引入可以是流體感到噪聲，大概設置裝備部署感到噪聲，諸如由減壓閥所發(fā)出的噪聲。后一種范例的滋擾噪聲更為嚴峻，分外是當如許的減壓閥事情于高壓差的時(shí)間，比方高于10或20bar，在這些條件下，所耗散的能量可以相稱(chēng)大，縱然只有非常少的部門(mén)被轉換成為聲能，但照舊大概發(fā)出非常大的噪聲。由于信號和噪聲頻率范疇同等，在信號被噪聲吞沒(méi)的環(huán)境下，流傳時(shí)間就不克不及被有用檢出，流量計大概不克不及事情。通常的辦理措施一是在流量計的安置位置上思量，通過(guò)加長(cháng)管線(xiàn)的方法使流量計只管即便闊別噪聲源，二是應用數字信號處置處罰技能，好比用一些濾波和相干算法。進(jìn)步信噪比是研究怎樣進(jìn)步流量計性能的重要內容。

產(chǎn)業(yè)尺度和產(chǎn)業(yè)應用

只管現在公布有AGA N09號陳訴，ISO公布有TR12765技能文件，我國也訂定了相應的GB/T18604尺度，但從產(chǎn)業(yè)化、尺度化應用角度來(lái)看，超聲流量計要得到產(chǎn)業(yè)上的遍及應用，還應當辦理以下四個(gè)方面題目。

- 針對產(chǎn)業(yè)流場(chǎng)上游側差別范例阻力件孕育發(fā)生的影響，公道確定不憐憫況下游量計上游直管段長(cháng)度。

- 操縱壓力、溫度及氣體組分的變革對流量丈量影響及校正措施。

- 差別雷諾數速率漫衍剖面修正系數準確確定和流量計主體多少尺寸偏差所帶來(lái)對精度的影響。

- 探頭電氣特性的穩固性及探頭的交換性等。

別的，關(guān)于超聲流量計標定還沒(méi)有到達共鳴。從超聲流量計的布局和丈量原理來(lái)看，這種速率型流量?jì)x表可以實(shí)現“干標”。這是由于使用現在的丈量技能及本領(lǐng)，流量計腔體多少尺寸D、聲道長(cháng)度L和傳感器間的軸向長(cháng)度X是可以得到正確測定的。要是電子電路和傳感器的性能得到正確丈量，傳感器組件的電氣特性穩固并具有可交換性，那么“干標”就可得到現實(shí)的應用。然而，現在仍沒(méi)有充足技能步伐和理論來(lái)證明這一點(diǎn)。當前，在北美、南美、歐洲，供需兩邊都要求用于商業(yè)計量的超聲流量計有充足的丈量精度，基于這一點(diǎn)，可信任的措施照舊要標定。(end) 熱式質(zhì)量流量計相關(guān)文章:熱式質(zhì)量流量計原理
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