超聲波流量計(jì)原理與應(yīng)用.ppt

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1、超聲波流量計(jì)原理與應(yīng)用流量儀表系列培訓(xùn)1.基本原理封閉管道用超聲波流量計(jì)按測量原理分類有：①傳播時(shí)間法；②多普勒效應(yīng)法；③波束偏移法；④相關(guān)法；⑤噪聲法。本章將討論用得最多的傳播時(shí)間法和多普勒效應(yīng)法的儀表。1.1傳播時(shí)間法聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時(shí)間。利用傳播速度之差與被測流體流速之關(guān)系求取流速，稱之傳播時(shí)間法。按測量具體參數(shù)不同，分為時(shí)差法、相位差法和頻差法?，F(xiàn)以時(shí)差法闡明工作原理。1.基本原理1.基本原理1.1.1流速方程式如圖8-1所示，超聲波逆流從換能器1送到換能器2的傳播速度c被流體流速Vm所減慢，為：(1)反

2、之，超聲波順流從換能器2傳送到換能器1的傳播速度則被流體流速加快，為：(2)式（1）減式（2），并變換之，得1.基本原理(3)式中：L——超聲波在換能器之間傳播路徑的長度，mX——傳播路徑的軸向分量，m;t12、t21——從換能器1到換能器2和從換能器2到換能器1的傳播時(shí)間，s;c——超聲波在靜止流體中的傳播速度，m/s;Vm——流體通過換能器1、2之間聲道上平均流速，m/s。時(shí)（間）差法與頻（率）差法和相差法間原理方程式的基本關(guān)系為(4)1.基本原理(5)式中△f——頻率差；△φ——相位差；f21,f12——超聲波在流體中的順流和逆流的傳播頻率；f——超聲波的頻率。從中可以看出，相

3、位差法本質(zhì)上和時(shí)差法是相同的，而頻率與時(shí)間有時(shí)互為倒數(shù)關(guān)系，三種方法沒有本質(zhì)上的差別。目前相位差法已不采用，頻差法的儀表也不多。1.基本原理1.1.2流量方程式傳播時(shí)間法所測量和計(jì)算的流速是聲道上的線平均流速，而計(jì)算流量所需是流通橫截面的面平均流速，二者的數(shù)值是不同的，其差異取決于流速分布狀況。因此，必須用一定的方法對流速分布進(jìn)行補(bǔ)償。此外，對于夾裝式換能器儀表，還必須對折射角受溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償，才能精確的測得流量。體積流量qv為(6)式中K——流速分布修正系數(shù)，即聲道上線平均流速Vm和面平均流速vm和平面平均流速v之比，K=vm/v；DN－管道內(nèi)徑。1.基本原理1.2多普勒（效應(yīng)）

4、法多普勒（效應(yīng)）法超聲波流量計(jì)是利用在靜止（固定）點(diǎn)檢測從移動源發(fā)射聲波多產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象。1.2.1流速方程式1.基本原理如圖8-2所示，超聲換能器A向流體發(fā)出頻率為fA的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中散射體懸浮顆?；驓馀萆⑸洌⑸涞某暡óa(chǎn)生多普勒頻移fd，接收換能器B收到頻率為fB的超聲波，其值為(7)式中v－散射體運(yùn)動速度。多普勒頻移fd正比于散射體流動速度(8)1.基本原理測量對象確定后，式（8）右邊除v外均為常量，移行后得(9)1.2.2流量方程式多普勒法超聲波流量計(jì)的流量方程式形式上與式（6）相同，只是所測得的流速是各散射體的速度v（代替式中的vm），與載體液體管道平均

5、流速數(shù)值并不一致；方程式中流速分布修正系數(shù)Kd以代替K0Kd是散射體的“照射域”在管中心附近的系數(shù)；其值不適用于在大管徑或含較多散射體達(dá)不到管中心附近就獲得散射波的系數(shù)。2主要技術(shù)性能2.1超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)超聲波流量計(jì)可作非接觸測量。夾裝式換能器超聲波流量計(jì)可無需停流截管安裝，只要在既設(shè)管道外部安裝換能器即可。這是超聲波流量計(jì)在工業(yè)用流量儀表中具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此可作移動性（即非定點(diǎn)固定安裝）測量，適用于管網(wǎng)流動狀況評估測定。超聲波流量計(jì)為無流動阻撓測量，無額外壓力損失。流量計(jì)的儀表系數(shù)是可從實(shí)際測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，除帶測量管段式外一般不需作實(shí)流校

6、驗(yàn)。超聲波流量計(jì)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)基本上與管徑無關(guān)。對于大型管道不僅帶來方便，可認(rèn)為在無法實(shí)現(xiàn)實(shí)流校驗(yàn)的情況下是優(yōu)先考慮的選擇方案。多普勒超聲波流量計(jì)可測量固相含量較多或含有氣泡的液體。超聲波流量計(jì)可測量非導(dǎo)電性液體，在無阻撓流量測量方面是對電磁流量計(jì)的一種補(bǔ)充。2主要技術(shù)性能因易于實(shí)行與測試方法（如流速計(jì)的速度-面積法，示蹤法等）相結(jié)合，可解決一些特殊測量問題，如速度分布嚴(yán)重畸變測量，非圓截面管道測量等。某些傳播時(shí)間法超聲波流量計(jì)附有測量聲波傳播時(shí)間的功能，即可測量液體聲速以判斷所測液體類別。例如，油船泵送油品上岸，可核查所測量的是油品還是倉

7、底水。2.2超聲波流量計(jì)的缺點(diǎn)和局限傳播時(shí)間法超聲波流量計(jì)只能用于清潔液體和氣體，不能測量懸浮顆粒和氣泡超過某一范圍的液體；反之多普勒法超聲波流量計(jì)只能用于測量含有一定異相的液體。外夾裝換能器的超聲波流量計(jì)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（若夾層夾有氣體會嚴(yán)重衰減超聲信號）或銹蝕嚴(yán)重（改變超聲傳播路徑）的管道。多普勒法超聲波流量計(jì)多數(shù)情況下測量精度不高。國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)有品種不能用于管徑小于DN25mm的管道。3超聲波流量計(jì)的