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江蘇金湖創(chuàng)偉自動(dòng)化儀表科技有限公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)便攜式超聲波流量計(jì),手持式超聲波流量計(jì),插入式超聲波流量計(jì),管段式超聲波流量計(jì),電池供電超聲波流量計(jì),固定分體式超聲波流量計(jì),固定一體式超聲波流量計(jì),超聲波明渠式流量計(jì)的廠家。
超聲波流量計(jì)(簡(jiǎn)稱(chēng)USF)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)時(shí)對(duì)超聲束(或超聲脈沖)的作用,以測(cè)量體積流量的儀表。超聲流量計(jì)是利用流體對(duì)超聲波的影響(可以影響超聲波的傳播速度、頻率,或位移等)來(lái)測(cè)量流量的。根據(jù)流體對(duì)超聲波的影響作用,超聲流量計(jì)可以分為傳播速度差法、多普勒法和射束位移法等幾類(lèi),其中傳播速度差法又可分成時(shí)差法、相差法和頻差法等幾種測(cè)量方法,是超聲流量計(jì)中應(yīng)用zui廣的一類(lèi)流量計(jì)。
20世紀(jì)70年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展,性能日益完善的各種型號(hào)USF投入市場(chǎng)。有人預(yù)言由于USF測(cè)量原理是長(zhǎng)度與時(shí)間兩個(gè)基本量的結(jié)合,其導(dǎo)出量溯源性較好,有可能據(jù)此建立流量基準(zhǔn)。
在結(jié)構(gòu)上,超聲流量計(jì)有夾裝式和短管式兩類(lèi),其中短管式超聲流量計(jì)在近幾年發(fā)展很快,應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到測(cè)量氣體,測(cè)量精度也越來(lái)越高。和電磁流量計(jì)一樣,是一類(lèi)沒(méi)有壓力損失的流量?jī)x表,尤其在大口徑流量測(cè)量方面有突出的優(yōu)點(diǎn)。
超聲流量計(jì)的基本測(cè)量方法可分為傳送時(shí)間差法、聲波束偏轉(zhuǎn)法和多普勒頻移法三種。前兩種方法屬于同一原理,即聲波在運(yùn)動(dòng)的流體中傳送的合成速度是流體流速和流體中聲速的向量和。其中以時(shí)間傳送方法為zui常用。聲速偏轉(zhuǎn)法無(wú)須在管壁上切槽,并且適于測(cè)量高速流體。多普勒頻移方法只用一個(gè)變換器測(cè)量遠(yuǎn)距離點(diǎn)的流速,可用于體外測(cè)量人體深處的血液流量,也適于測(cè)量工業(yè)上的某些容易產(chǎn)生散射的流體。超聲流量計(jì)已成功地應(yīng)用于測(cè)量血液流量和河水流量。在工業(yè)上,適用于測(cè)量各種流體和中、低壓氣體的體積流量而不受流體電導(dǎo)率、粘度、密度、腐蝕性和成分的影響。它不妨礙管道中流體的流動(dòng),也不受管徑大小的限制。
傳送時(shí)間差法 它采用兩個(gè)聲波發(fā)送器 (SA和SB)和兩個(gè)聲波接收器(RA和RB)。同一聲源的兩組聲波在SA與RA之間和SB與RB之間分別傳送。它們沿著管道安裝的位置與管道成θ角(一般θ=45°)(圖1)。由于向下游傳送的聲波被流體加速,而向上游傳送的聲波被延遲,它們之間的時(shí)間差與流速成正比。也可以發(fā)送正弦信號(hào)測(cè)量?jī)山M聲波之間的相移或發(fā)送頻率信號(hào)測(cè)量頻率差來(lái)實(shí)現(xiàn)流速的測(cè)量。
聲波束偏轉(zhuǎn)法 它的發(fā)送器沿垂直于管道的軸線發(fā)送一束聲波,由于流體流動(dòng)的作用,聲波束向下游偏移一段距離。偏移距離與流速成正比。
多普勒頻移法 當(dāng)超聲波在不均勻流體中傳送時(shí),聲波會(huì)產(chǎn)生散射。流體與發(fā)送器間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),發(fā)送的聲波信號(hào)和被流體散射后接收到的信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移。多普勒頻移與流體流速成正比。圖2中被測(cè)流體的區(qū)域位于發(fā)射波束與接收到的散射波束的交叉之處。要求波束很窄,使兩波束的夾角θ不致受到波束寬度影響。也可只采用一個(gè)變換器既作為發(fā)送器又作為接收器,這種方式稱(chēng)為單通道式。在單通道多普勒血液流量計(jì)中,發(fā)送器間隔地發(fā)送聲脈沖信號(hào),在兩個(gè)聲脈沖間隔的時(shí)間中,接收從血管壁和血管內(nèi)紅血球反射回來(lái)的聲脈沖信號(hào)。采用控制線路選擇給定距離處的紅血球反射信號(hào),通過(guò)比較后得到多普勒頻移,它與血液流速成正比。在已知血管橫截面時(shí)可得到血液流量。
USF可作非接觸測(cè)量。夾裝式換能器USF可無(wú)需停流截管安裝,只要在既設(shè)管道外部安裝換能器即可。這是USF在工業(yè)用流量?jī)x表中具有的*優(yōu)點(diǎn),因此可作移動(dòng)性(即非定點(diǎn)固定安裝)測(cè)量,適用于管網(wǎng)流動(dòng)狀況評(píng)估測(cè)定
USF為無(wú)流動(dòng)阻撓測(cè)量,無(wú)額外壓力損失。
流量計(jì)的儀表系數(shù)是可從實(shí)際測(cè)量管道及聲道等幾何尺寸計(jì)算求得的,既可采用干法標(biāo)定,除帶測(cè)量管段式外一般不需作實(shí)流校驗(yàn)。
USF適用于大型圓形管道和矩形管道,且原理上不受管徑限制,其造價(jià)基本上與管徑無(wú)關(guān)。對(duì)于大型管道不僅帶來(lái)方便,可認(rèn)為在無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)流校驗(yàn)的情況下是優(yōu)先考慮的選擇方案。
多普勒USF可測(cè)量固相含量較多或含有氣泡的液體。
USF可測(cè)量非導(dǎo)電性液體,在無(wú)阻撓流量測(cè)量方面是對(duì)電磁流量計(jì)的一種補(bǔ)充。
因易于實(shí)行與測(cè)試方法(如流速計(jì)的速度-面積法,示蹤法等)相結(jié)合,可解決一些特殊測(cè)量問(wèn)題,如速度分布嚴(yán)重畸變測(cè)量,非圓截面管道測(cè)量等。
某些傳播時(shí)間法USF附有測(cè)量聲波傳播時(shí)間的功能,即可測(cè)量液體聲速以判斷所測(cè)液體類(lèi)別。例如,油船泵送油品上岸,可核查所測(cè)量的是油品還是倉(cāng)底水。
傳播時(shí)間法USF只能用于清潔液體和氣體,不能測(cè)量懸浮顆粒和氣泡超過(guò)某一范圍的液體;反之多普勒法USF只能用于測(cè)量含有一定異相的液體。
外夾裝換能器的USF不能用于襯里或結(jié)垢太厚的管道,以及不能用于襯里(或銹層)與內(nèi)管壁剝離(若夾層夾有氣體會(huì)嚴(yán)重衰減超聲信號(hào))或銹蝕嚴(yán)重(改變超聲傳播路徑)的管道。
多普勒法USF多數(shù)情況下測(cè)量精度不高。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)有品種不能用于管徑小于DN25mm的管道。
USF主要由安裝在測(cè)量管道上的*(或由換能器和測(cè)量管組成的超聲流量傳感器)和轉(zhuǎn)換器組成。轉(zhuǎn)換器在結(jié)構(gòu)上分為固定盤(pán)裝式和便攜式兩大類(lèi)。換能器和轉(zhuǎn)換器之間由信號(hào)傳輸電纜連接,在固定測(cè)量的場(chǎng)合需在適當(dāng)?shù)牡胤窖b接線盒。夾裝式換能器通常還需配用安裝夾具和。
可以從不同角度對(duì)超聲流量測(cè)量方法和換能器(或傳感器)進(jìn)行分類(lèi)。
(1) 按測(cè)量原理分類(lèi)
封閉管道用USF按測(cè)量原理有5種,如2節(jié)所述,現(xiàn)在用得zui多的是傳播時(shí)間法和多普勒法兩大類(lèi)。
(2) 按被測(cè)介質(zhì)分類(lèi)
有氣體用和液體用兩類(lèi)。傳播時(shí)間法USF兩種介質(zhì)各自,因換能器工作頻率各異,通常氣體在100~300kHz之間,液體在1~5MHz之間。氣體儀表不能用夾裝式換能器,因固體和氣體邊界間超聲波傳播效率較低。
(3) 傳播時(shí)間法按聲道數(shù)分類(lèi)
按聲道數(shù)分類(lèi)常用的有單聲道、雙聲道、四聲道和八聲道四種。近年有出現(xiàn)三聲道、五聲道和六聲道。四聲道及以上的多聲道配置對(duì)提高測(cè)量精度起很大作用。各聲道按換能器分布位置又可分為以下幾種。
1) 單聲道 有Z法(透過(guò)法)和V法(反射法)兩種。
2) 雙聲道 有X法(2Z法、交差法)、2V法和平行法三種。
3) 四聲道 有4Z法和平行法兩種。
4) 八聲道 有平行法和兩平行四聲道交差法二種。
(4) 按換能器安裝方式分類(lèi)有、
1) 可移動(dòng)安裝
2) 固定安裝
選擇液體用USF首先考慮測(cè)量原理是傳播時(shí)間法還是多普勒法?其主要判斷要素是:液體潔凈程度或雜質(zhì)含量,測(cè)量精度要求?;具m用條件如表1所示。
此外,對(duì)于外夾裝式儀表還要考慮管壁材料和厚度、銹蝕狀況、襯里材料和厚度;對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝換能器式儀表要考慮換能器類(lèi)型;對(duì)于大管徑傳播時(shí)間法儀表要考慮聲道數(shù),等等。
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