現(xiàn)階段,我國流量測量技術(shù)的發(fā)展越來越快,各種先進(jìn)的流量儀表也已經(jīng)有效地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中,但是不同的流量儀表其使用性能具有一定的差異性,適用范圍也各不相同,而超聲流量計(jì)則可以廣泛地應(yīng)用于各類場合,并且適用于石油、化工、燃?xì)狻⑽鬯幚淼榷鄠€(gè)領(lǐng)域。
超聲流量計(jì)工作原理
在流體傳播過程中,超聲脈沖的速度一般會(huì)和流體速度有著密切的聯(lián)系,也就是順流速度大于逆流速度,脈沖傳播如果存在較大的時(shí)間差,其流量也會(huì)隨之增大。在進(jìn)行操作時(shí),無論是上游還是下游的傳感器,都會(huì)發(fā)射出一定的超聲波脈沖,但是二者有所不同,主要表現(xiàn)一個(gè)為逆流,而另一個(gè)為順流。受到流體影響,兩束脈沖到達(dá)換能器的時(shí)間也會(huì)具有一定的差異性。但是因?yàn)槎邔?shí)際路徑一致,所以傳輸時(shí)間的差異也可以表現(xiàn)出流體的實(shí)際流速。應(yīng)用時(shí)差法進(jìn)行測量時(shí),需要將兩個(gè)傳感器用于發(fā)射和接收信號(hào)。將傳感器設(shè)置在管線時(shí),二者會(huì)實(shí)施聲信號(hào)通訊,在進(jìn)行工作時(shí),則會(huì)進(jìn)行發(fā)射和接收。如果管內(nèi)流體處于靜止?fàn)顟B(tài),則順流、逆流的傳播時(shí)間保持一致。如果液體處于流動(dòng)狀態(tài),則順流信號(hào)進(jìn)行傳播時(shí),時(shí)間會(huì)低于逆流。在此過程中,順流、逆流進(jìn)行傳播時(shí),其時(shí)間差和實(shí)際流速呈現(xiàn)為正比狀態(tài)。
根據(jù)對信號(hào)檢測的原理超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法(時(shí)差法、相位差法和頻差法)、多普勒法、互相關(guān)法等。
超聲流量計(jì)特點(diǎn)
在使用超聲流量計(jì)時(shí),在流體中沒有阻礙件存在,不會(huì)對流束產(chǎn)生任何影響,同時(shí)也不會(huì)造成任何壓力損失,能夠有應(yīng)用于不同的流體,尤其是黏度較高、腐蝕性較強(qiáng)的流量。除此之外,超聲流量計(jì)也可以有效應(yīng)用于氣體流量,針對大口徑流量進(jìn)行測量時(shí)具有良好的優(yōu)勢特征。
1. 獨(dú)特的信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù),使儀表測量信號(hào)更穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、計(jì)量更準(zhǔn)確。
2. 無機(jī)械傳動(dòng)部件不容易損壞,免維護(hù),壽命長。
3. 電路更優(yōu)化,集成度高、功耗低、可靠性高。
4. 智能化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出,人機(jī)界面友好、多種二次信號(hào)輸出。
5. 管段式小管徑測量經(jīng)濟(jì)又方便,測量精度高。
超聲流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
可以進(jìn)行非接觸式測量。只要將換能器安裝在現(xiàn)有管道的外部,就可以安裝外部鉗型超聲流量計(jì)而無需停止截流管道,無流動(dòng)障礙,無額外壓力損失。
流量計(jì)的儀表系數(shù)可以根據(jù)管道和通道的實(shí)際測量值以及其他幾何尺寸計(jì)算得出。除了測量管段外,通常不需要進(jìn)行實(shí)際流量校準(zhǔn)。
適用于大型圓管,矩形管,原則上不受管徑的限制,成本基本與管徑無關(guān)。對于大型管道,這不僅方便,而且在無法實(shí)現(xiàn)實(shí)際流量檢查的情況下也可以視為優(yōu)選選項(xiàng)。多普勒可以測量具有更多固相或包含氣泡的液體,非導(dǎo)電液體的測量,是電磁流量計(jì)的補(bǔ)充,用于無障礙的流量測量。
由于它很容易與測試方法(如電流表的速度面積法,示蹤法等)結(jié)合起來實(shí)施,因此可以解決一些特殊的測量問題,例如測量速度分布的嚴(yán)重畸變, 圓形截面管道測量等。某些傳播時(shí)間方法(USF)具備測量聲波傳播時(shí)間的功能,可以測量液體的聲速以確定待測液體的類型。例如,如果一艘油輪將石油泵到岸上,它可以驗(yàn)證它是在油箱底部測量油還是水。超聲流量計(jì)具有上述一些優(yōu)點(diǎn),因此越來越受到重視。隨著產(chǎn)品系列化、通用化的發(fā)展,被制成不同聲道標(biāo)準(zhǔn)、耐高溫、防爆、潮濕的儀器,以適應(yīng)不同介質(zhì)、不同環(huán)境和不同管道條件下的流量測量。
超聲流量計(jì)的缺點(diǎn)和局限性
傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體,不能測量懸浮顆粒和氣泡超過一定范圍的液體;另一方面,多普勒方法只能用于測量含有某些異相的液體。
不得將外部夾緊式換能器用于結(jié)垢或結(jié)垢過厚的襯里或管道,并且不應(yīng)從內(nèi)管壁上剝?nèi)ヒr里(或防銹層),如果夾層中有氣體,則超聲波信號(hào)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷害或管道腐蝕嚴(yán)重(請更改超聲波傳輸路徑)。
在大多數(shù)情況下,多普勒法的測量精度不高。國內(nèi)生產(chǎn)的現(xiàn)有品種不能用于直徑小于DN25mm的管道。