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超声波流量计的分类和选用原则

发布:2021/8/16 10:17:17人气:734
1.超声波流量计的分类及特点
根据工作原理分类超声波流量计的测流原理,有传播速度差法、多普勒法、声束偏位法和听音法等。但用得较多的是传播速度差法、多普勒法。
1.1速度差法
速度差法包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速,从而测出流量。
速度差法的优点是测量精度高,应用范围广,但它不适用于含有大量气泡或固体颗粒的流体。多普勒法。基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。多普勒法的优点是能测含有大量气泡或固体颗粒的流体。但其精度较低。
1.2根据声道结构型式分类
目前应用比较多的传播速度差法超声波流量计中,按其声道布置方式又可分为单声道超声波流量计和多声道超声波流量计。
1.2.1单声道超声波流量计
在被测管道上只有由一对换能器构成的一个声波通道,可以使用各种换能器,但应用比较多的是外夹式和外插式换能器。单声道结构简单、使用方便、价格便宜。当管道条件比较好时也能达到比较好的测量精度。但这种流量计对流态分布变化敏感,测量精度不宜控制。一般用于中小口径管道和对测量精度要求不高的场合。
1.2.2多声道超声波流量计
在被测管道上由多对超声波换能器构成多个声波通道,综合各声道测量结果求出流量。和单声道流量计比,测量精度高,对流态分布变化适应能力强,可用于大口径和流态分布复杂的管道。结构比单声道复杂,价格也较贵。在多声道超声波流量计中,根据其声道是否通过管轴又可分为过轴多声道流量计和平行多声道流量计。过轴多声道流量计可使用外夹式换能器,用算术平均法求流量。装置比较简单,但测量精度易受流态分布和管壁条件影响。平行多声道超声波流量计只能使用外插式或内帖式换能器,用加权积分法求流量,能适应各种流道的流量测量,精度高。为了解决流态分布复杂的大口径管道的流量测量产生了平行八声道流量计,它由相互交叉的两个四声道测量断面构成。
1.3根据被测流道类型分类
根据适用的被测流道不同可分为管道流量计、管渠流量计和河流流量计。
1.3.1管道用超声波流量计
是指用于有压管道测流的流量计,其中也包括有压的各种形状断面的涵洞。这种流量计是通过一个或多个声道测量流体中的流速,然后求得流量。
1.3.2管渠超声波流量计
管渠系指无压管道,有时流体不能充满管道。用于管渠的超声波流量计除了要具有测流速的换能器以外,还需要有测水位的换能器,根据测得的流速水位求流量。管渠超声波流量计的测量精度比管道超声波流量计低。明渠系指有规则断面的渠道。用于明渠流量测量的超声波流量计和管渠流量计相似,即测流速又测水位。综合两方面结果求流量。名渠流量计一般含有多个测速换能器和一个测水位换能器。
1.3.3河流用超声波流量计
河流和明渠的区别在于,明有规则的断面而河流没有。另外河流一般比明渠更宽阔。由于河流断面形状各异,流量计制造厂不便建立流量积分公式。因此多数的河流超声波流量计仅测流速和水位。
1.4根据使用的换能器类型分类
超声波流量计可以配多种型式的超声波换能器。按使用场合不同有管道用换能器、明渠用换能器和河流用换能器。其中管道用换能器,根据其在管道的不同安装方式又分为:外夹式、外插式、内帖式和窗户式
1.4.1外夹式换能器
这种换能器由专门的夹装固定在管道外壁上,超声波透过管壁折射到流体中。夹装式换能器可用于单声道和过轴多声道超声波流量计上,但不能用于平行多声道流量计。外夹式换能器结构简单、安装方便、价格便宜。但由于超声波要穿过几道介质才能射入被测流体中,因此测量精度受外界条件影响大。另外,还由于声路参数无法精确测量,因此使用外夹式换能器的超声波流量计测量精度较低。
1.4.2外插式换能器
外插式换能器穿过管壁直接和被测流体接触,它可用于各种声道结构的流量计。为了密封以及装卸换能器时不影响管道的正常工作,在管壁上装有带球阀的换能器座。外插式换能器发出的超声波不经过管壁和其他介质直接射入被测流体,声能损耗少,声道参数能精确测量,测量精度高。这种换能器能方便地排除水垢或水生物对超声波流量计工作的影响。外插式换能器直接承受被测流体的压力,要求有良好的密封性能。换能器结构比较复杂,工艺要求高。此外外插式换能器的现场安装比外夹式要复杂。
1.4.3窗户式换能器
窗户式换能器类似于外夹式换能器,也需要在管壁上开孔安装,并需专门的换能器座。但是外插式换能器座是贯通的,换能器直接接触被测流体,而窗式换能器座在内侧装有隔离玻璃,将换能器和被测流体隔离。因此换能器不承受压力,结构简单,价格也较便宜。窗式换能器的价格介于外插式和外夹式中间
1.4.4内帖式换能器
内帖式换能器是专为没有安装空间(全埋设管)或管壁即不透声又不能开孔的管道设计的。内帖式换能器是通过专门的换能器座固定在管道的内壁上,其信号电缆通过穿缆器引至管外。该换能器具有外插式换能器同样的测量精度,即可用于圆管道也可用于方形涵洞,这种换能器的缺点是检修和更换比较困难,需中断管道的正常工作到管内进行。为了减少这方面的损失,换能器做成双备用的,当其中一个坏了时,可以在管外换接另一个。
1.4.5明渠式换能器
明渠式换能器一般都做成潜水式,换能器的工作频率随渠道宽度由高到低变化。高的可达1MHz,低的仅100KHz。明渠用换能器包括测速换能器和水位换能器,在多数情况下,流速和水位可用同种换能器测量。也有专门设计的水位换能器,并有装于水下或水上两种型式。
1.4.6河流用换能器
河流换能器和明渠换能器没有明显的区别,由于河流比明渠更宽大,河流换能器一般都是低频的有源换能器,接收的信号经内部放大后在到流量计电子箱上。
2.如何选择超声波流量计
超声波流量计品种比较多,性能不同,各有使用范围。因此在选择时,应该根据现场流道的具体情况和使用要求,正确选择。在选择时应该考虑以下几方面因素:
2.1被测流体性质
是水还是其他流体,若是其他流体要搞清粘度系数和透射声波的能力。不管是什么流体都要搞清其中是否含气泡和固体微粒及含量多少。对于固体
微粒和气泡含量大的流体,应选用多普勒型超声波流量计,否则应选用传播速度差式流量计。
2.2流道条件及其对测量精度的要求
对于管道、管渠、明渠和河流应选择相应的流量计。对于有很长平直段的流道或对测量精度要求不高的场合,可以选用较少声道数的流量计。但是,对于明渠当测量精度要求达到2%以上,对大口径管道当测量精度要求达到1%时,一般要选用多声道流量计。对于平直段短的明渠或大口径管道,往往要采用8声道才能达到较高的测量精度。对于有很长直管段的小口径管道,可考虑选用单声道或过轴多声道超声波流量计。但是使用夹装式换能器的超声波流量计,由于其换能器安装有许多不确定因素,当现场不能进行精度测定时,其测量精度是不确切的。对于明渠、管渠和河流的流量测量要选用带水位测量功能的超声波流量计。
2.3流量计的使用目的和功能要求
用于固定场所流量监测或收费计量的流量计,应具有确切的测量精度和不因停电而消失的累积流量记录功能,还要有长期连续运行的能力。一般要选用平行多声道或带标准测量管段的单声道超声波流量计。流量计的存储单元应具有停电后也能保持测量结果的能力。对于简单的流量计也可采用机械式记数器来记录累积流量。对测量精度要求不高移动使用的超声波流量计,可选用带外夹式换能器的便携式流量计。用于压力管道漏水监测的超声波流量计,只要求有较好的相对测量精度即可,而不要求其绝对测量精度。
 
3.结束语
超声波流量计的种类很多,应用也很广泛,在流量测量方面发挥着越来越重要的作用,而且其技术更新很快,不断有新型的超声波流量计推向市场,走向用户。只有把握超声波流量计的发展方向,才能更好地了解应用,更好地服务于生产和计量工作。
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