超聲波流量計分類及特點

 超聲波流量計分類及特點 

  超聲波流量計一樣通常可分為兩大類：流傳時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流體中，可以使用聲學多普勒效應(yīng)丈量多普勒頻移來確定媒質(zhì)流速v，這種方法稱為超聲波多普勒法。 

  由于現(xiàn)在市場上的超聲息體流量計產(chǎn)物都是流傳時間式超聲波流量計，以是下文將重點論述流傳時間式超聲波流量計的原理。當超聲波在活動的媒質(zhì)中流傳時，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(jù)超聲波速率的變革量可以求出媒質(zhì)的流速，流傳時間式超聲波流量計便是憑據(jù)這一原理計劃而成的。超聲波流量計由兩大部門構(gòu)成：丈量變更器部門和電子電路部門。 

  直圓管段內(nèi)流體的特性由流體的雷諾數(shù)決定，這是個無綱數(shù)（dimensionless），由流體的流速，管道直徑，流體的密度和動態(tài)粘度通過盤算得出。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，流體的質(zhì)點受慣性力作用較大，質(zhì)點間相互稠濁呈紊亂無章不規(guī)矩的活動稱湍流；流速較低或管壁粘性較大時，流體的粘性所造成的摩擦力作用較大，流體活動的狀態(tài)是膩滑的層狀活動，各流層的質(zhì)點互不稠濁且條理明白，這種活動稱為層流。湍流狀態(tài)的流速以管道軸線為呈對數(shù)曲線對稱漫衍，而層流狀態(tài)下游速呈拋物線曲線對稱漫衍。一樣通常環(huán)境下，當雷諾數(shù)Re≥2300時，可以以為已經(jīng)到達湍流而雷諾數(shù)較小時（小于2300）一樣通常為層流。但這種流場特性會由于管線中存在彎管而擾亂，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和流向成垂直正交干系的稱為渦流的流速分量，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，可以通過在流量計前加裝充足長的直管道辦理。而對付流量計計劃自己，可以通過多通道丈量的方法，部署交織的聲道大概接納反射型的聲道來消除渦流的影響。 

  任何丈量都存在偏差，流傳時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(yīng)變革，聲速的變革孕育發(fā)生的流速丈量偏差稱為純溫度或純濃度偏差。 

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

  3.流速斷面上現(xiàn)實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，一類是由換能器參數(shù)不合錯誤稱、電路零點漂移等引起的隨機偏差，另一類是由電路布線和器件不合錯誤稱、流速較大時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，前一種可以通過接納單通道和統(tǒng)計均勻的方法減小，后一種則必要與背面提到的第三類流速斷面偏差一起通過修正系數(shù)k實測標定的方法同一消除。 

  流量計敏捷度的界說是當流體流速變革單元量時，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始而且沒有上限，但是，在現(xiàn)實應(yīng)用中流量丈量范疇會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。 

  在時差法中，流速u是特性量 的單值函數(shù)，因此丈量范疇理論上沒有上限，但是丈量范疇的下限卻受到了限定，這重要是對時差的丈量決定的。要是一個別系可以到達0.01微秒的精度，要是要包管1％的丈量精度，測時下限便是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(jù)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，必要進一步進步體系的丈量精度，那么可以接納時間擴展法，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(tǒng)計均勻，丈量相對精度相應(yīng)進步 倍。同時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，敏捷度會進步。 

噪聲 

  通常環(huán)境下，管道上存在振動，這些振動由泵、減壓閥等引起，這些振動發(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(nèi)。噪聲的引入可以是流體感到噪聲，大概設(shè)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間，比方高于10或20bar，在這些條件下，所耗散的能量可以相稱大，縱然只有非常少的部門被轉(zhuǎn)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，在信號被噪聲吞沒的環(huán)境下，流傳時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，通過加長管線的方法使流量計只管即便闊別噪聲源，二是應(yīng)用數(shù)字信號處置處罰技能，好比用一些濾波和相干算法。進步信噪比是研究怎樣進步流量計性能的重要內(nèi)容。 

產(chǎn)業(yè)尺度和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用 

只管現(xiàn)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(yīng)的GB/T18604尺度，但從產(chǎn)業(yè)化、尺度化應(yīng)用角度來看，超聲流量計要得到產(chǎn)業(yè)上的遍及應(yīng)用，還應(yīng)當辦理以下四個方面題目。 

- 針對產(chǎn)業(yè)流場上游側(cè)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(shù)速率漫衍剖面修正系數(shù)準確確定和流量計主體多少尺寸偏差所帶來對精度的影響。 

- 探頭電氣特性的穩(wěn)固性及探頭的交換性等。 

  別的，關(guān)于超聲流量計標定還沒有到達共鳴。從超聲流量計的布局和丈量原理來看，這種速率型流量儀表可以實現(xiàn)“干標”。這是由于使用現(xiàn)在的丈量技能及本領(lǐng)，流量計腔體多少尺寸D、聲道長度L和傳感器間的軸向長度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(wěn)固并具有可交換性，那么“干標”就可得到現(xiàn)實的應(yīng)用。然而，現(xiàn)在仍沒有充足技能步伐和理論來證明這一點。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，可信任的措施照舊要標定。