超聲波流量計(jì)在能源檢測(cè)中的選型及設(shè)計(jì)

喬楨

摘 要：超聲波流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表，它能夠利用超聲波脈沖來(lái)測(cè)量流體。本文主要討論的是便攜式超聲波，對(duì)時(shí)差式和多譜勒式的超聲波流量計(jì)進(jìn)行分析，結(jié)合相關(guān)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)單的闡述了超聲波流量計(jì)的工作原理；并且總結(jié)了超聲波流量計(jì)的原則，為使用超聲波流量計(jì)提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)及其方法。

關(guān)鍵詞：超聲波流量計(jì)；能源檢測(cè) ；工作原理

能源檢測(cè)中必須對(duì)流量流體和流速等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量控制，原先安裝好的流量計(jì)因?yàn)橐恍┰驅(qū)е录恿坎粶?zhǔn)確，檢測(cè)計(jì)量工作沒(méi)辦法提供準(zhǔn)確可靠性的資料，導(dǎo)致無(wú)法正確評(píng)價(jià)耗能設(shè)備的利用狀況和正確分析其運(yùn)行情況，使能源統(tǒng)計(jì)工作處于被動(dòng)狀態(tài)。如果更換在線流量?jī)x表，會(huì)提高成本，不利于開(kāi)展能源檢測(cè)工作。選擇能夠準(zhǔn)確計(jì)量、安裝方便的流量監(jiān)測(cè)儀表有利于解決能源檢測(cè)中的流量計(jì)算問(wèn)題，便攜式超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)包括機(jī)動(dòng)性、即可使用性和無(wú)需管道斷流，對(duì)能源監(jiān)測(cè)有很重要的作用，能夠充分體現(xiàn)超聲波流量計(jì)使用安裝便捷的特點(diǎn)；便攜式超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度有1.0級(jí)、1.5級(jí)和2.5級(jí)，具有選擇性，能夠滿足不同要求的能源檢測(cè)計(jì)量的工作。

1 超聲波流量計(jì)工作原理

1.1 時(shí)差式超聲波流量計(jì)

PT868超聲波流量計(jì)是時(shí)差式超聲波流量計(jì)，它能夠利用聲波在流體中順流逆流傳播的時(shí)間差和流體的流速成正比的這個(gè)原理來(lái)測(cè)量流量的。在流體順流方向傳播聲波的速度會(huì)增大，逆流方向則減小速度，同一個(gè)傳播距離有不同的傳播時(shí)間。傳播速度差和被測(cè)流體流速間的關(guān)系能偶求出流速，這個(gè)叫做時(shí)差法。

（1）流速方程式

時(shí)差式測(cè)量原理就是將超聲波順流從傳感器1傳輸?shù)絺鞲衅?的傳播速度C，那么流體流速V就會(huì)加快，流速方程式是： ，L是超聲波在傳感器間傳播路徑的長(zhǎng)度，t1指的是傳播時(shí)間，x是傳播路徑的軸向，c指的是在靜止中的傳播速度，v是通過(guò)傳感器1、傳感器2間的平均流速。其中 ，所以流程方程式可以轉(zhuǎn)變?yōu)?。

如果超聲波逆流從傳感器2到1的傳播速度減緩，那么t2是傳感器2到傳感器1的傳播時(shí)間。該流速方程式是： 。其中 ，所以該方程式能夠轉(zhuǎn)化為 。

（2）傳播時(shí)間

傳感器1發(fā)射超聲波信號(hào)給傳感器2，它的順流方向的傳播時(shí)間為 ；逆流方向的傳播時(shí)間為 ，兩者的時(shí)間差為 ，因此流體速度為 。

流速方程式測(cè)得的時(shí)間差能夠求出流體流速，然后得到流體流量。

1.2 多譜勒式超聲波流量計(jì)

SX30超聲波流量計(jì)檢測(cè)流體流量，采用多譜勒式超聲波流量計(jì)。多譜勒式效應(yīng)法指的是在靜止點(diǎn)或者固定點(diǎn)檢測(cè)，從移動(dòng)源發(fā)射聲波會(huì)產(chǎn)生多譜勒頻移現(xiàn)象，測(cè)量頻移能夠計(jì)算流體流量。

傳感器1發(fā)射頻率是f1的超聲波信號(hào)，通過(guò)管道液體的懸浮顆粒或者氣泡之后，頻率會(huì)出現(xiàn)偏移，f2頻率發(fā)射到傳感器2，f2、f1直插就是多譜勒頻差fd。假設(shè)流體散射體的流速是V，超聲波聲速是C，fd正比流體速度V為 ，那么流體流速就是 。當(dāng)確定管道條件、聲速、發(fā)射頻率和傳感器的安裝位置后，流體流速、多譜勒頻移呈正比，測(cè)量頻移能夠得知流體流速，然后得到流體流量。

這是兩種超聲波流量計(jì)的工作原理，只有熟悉了其工作原理才能夠有效的利用超聲波流量計(jì)為能源檢測(cè)服務(wù)。

2 超聲波流量計(jì)的選擇

選擇超聲波流量計(jì)進(jìn)行流量計(jì)量的時(shí)候，要先確定被測(cè)流體的性質(zhì)，判斷標(biāo)準(zhǔn)為液體的潔凈程度和雜質(zhì)含量的高低；選擇流量計(jì)要考慮到測(cè)量原理是時(shí)差法還是多譜勒法。

2.1 時(shí)差法超聲波流量計(jì)

時(shí)差法超聲波流量計(jì)是用來(lái)測(cè)量潔凈流體的介質(zhì)的，它能夠測(cè)量懸浮顆粒很少的液體，不能夠測(cè)量懸浮顆粒超過(guò)某一范圍的液體或者氣泡超過(guò)范圍的液體，也不能夠測(cè)量含有影響傳播超聲波的連續(xù)性混入氣泡或者是體積很大的固體顆粒的液體。液體介質(zhì)中的懸浮顆粒的體積含量小于百分之一的時(shí)候，才不會(huì)影響流體計(jì)量，如果含量大于百分之一就會(huì)影響測(cè)量的精準(zhǔn)度。另外，時(shí)差法還可以測(cè)量雜質(zhì)含量不高的均勻流體，含量不高的范圍指的是雜質(zhì)含量小于10g/L，其粒徑小于1mm。比如污水等介質(zhì)流量，其精度能夠達(dá)到 1.5%。

3 超聲波流量計(jì)的應(yīng)用

應(yīng)用超聲波流量計(jì)要注意以下方面的問(wèn)題：

3.1其功能的選擇

正確功能選擇是超聲波流量計(jì)正常工作的基礎(chǔ)，如果選型不合適，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量流量。正確選擇超聲波流量計(jì)，主要根據(jù)流量原理來(lái)選擇合適的超聲波流量計(jì)。假如是雙向流，那選擇的超聲波流量計(jì)要帶有正負(fù)計(jì)量功能。

3.2 流量檢測(cè)點(diǎn)的選擇

（1）安裝位置及其流動(dòng)方向

超聲波流量計(jì)的流量傳感器通常安裝在水平管道、傾斜管道和垂直管道。垂直管道要選擇自下而上流動(dòng)的場(chǎng)所，如果是自上而下會(huì)導(dǎo)致下游產(chǎn)生足夠的被壓。比如高于測(cè)量點(diǎn)的后續(xù)管道，這是用來(lái)防止測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)非滿管流的現(xiàn)象。

（2）管道條件

超聲波流量計(jì)徐璈考慮到襯里材料和厚度、管壁材料及厚度、銹蝕狀況等，不能夠使用襯里或者結(jié)垢太厚的管道，不能使用襯里或者銹層和內(nèi)管壁剝離的，不能使用銹蝕現(xiàn)象暗中的管道，夾層夾帶氣體會(huì)減弱超聲信號(hào)，還能夠改變超聲的傳播路徑。管道內(nèi)的表面積沉積層會(huì)產(chǎn)生聲波不良傳播，還有可能會(huì)偏離預(yù)期聲道的路徑及長(zhǎng)度，有可能會(huì)將聲波分散，大部分的聲波傳送不到流體會(huì)降低其性能，因此在選擇管段的時(shí)候要避免此類(lèi)現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

流量是超聲波流量計(jì)在能源檢測(cè)中的重要參數(shù)，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，儀表更加具備高精度、高可靠性和高智能化，因此超聲波流量計(jì)在能源檢測(cè)方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在能源檢測(cè)中，要正確的把握超聲波流量計(jì)的工作原理和選型應(yīng)用，才能夠更好的了解到超聲波流量計(jì)，更好的去應(yīng)用它，為能源監(jiān)測(cè)提供科學(xué)性、精準(zhǔn)性的數(shù)據(jù)，更好的發(fā)揮其能源檢測(cè)的工作。經(jīng)過(guò)研究和一些設(shè)計(jì)，流量計(jì)性能更加優(yōu)越，準(zhǔn)確度更高，現(xiàn)場(chǎng)操作使用也較為方便。它的應(yīng)用能夠提高檢定的工作效率，解決了超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)問(wèn)題，給企業(yè)帶來(lái)了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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