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正確使用超聲波流量計

瀏覽: 發布日期:2017/8/6 23:06:47

1.超聲波流量計工作原理

    封閉管道用USF按測量原理分類有:時間傳播法、多普勒效應法、波束偏移法、相關法、噪聲法。其中時間傳播法又可分為時差法、相位差法、頻差法。目前應用于空調水系統中的USF的測量原理主要有時差法和多普勒效應法。

    1.1 時差式USF測量原理

    超聲波流量計在液體中傳播,由于流體流速不同會使超聲波傳播速度發生變化。如圖1所示,取超聲波在靜止流體中聲速為c,流體流速為v,上下游傳感器的安裝距離為 L。當超聲波傳播方向與流體方向一致時,超聲波傳播速度為(c+v),當超聲波傳播方向與流體方向相反時,超聲波傳播速度為(c-v);則順流方向傳播時 間tl=L/(c+v),逆流方向傳播時間t2=L/(c-v),則有:

    c、L為常數,測得時間差△t即可求出流體流速v,進而求得流體流量。

    1.2 多普勒USF測量原理

    多普勒USF是以利用多普勒效應原理來測量流體流量。如圖2所示,傳感器1發射頻率為f1的超聲波信號,經過管道內液體中懸浮顆;驓馀莺,頻率發生偏移,以f2的頻率反射到傳感器2,這就是多普勒效應,f2與f1之差即為多普勒頻差fd。

    取流體流速為v,超聲波聲速為c,多普勒頻移fd正比于流體流速v,即:

    當管道條件、傳感器安裝位置、發射頻率、聲速確定以后,c、f1、θ即為常數,流體流速和多普勒頻移成正比,通過測量頻移就可得到流體流速,進而求得流體流量。

    1.3 兩者使用主要區別

    1.3.1 被測流體水質要求不同。時差式USF適用于比較潔凈的流體測量,多普勒USF主要用于測量含有適量能給出強反射信號的顆;驓馀莸囊后w。時差式USF可以 測量懸浮顆粒較少的液體,多普勒USF要比時差式USF適用懸浮顆料含量上限高得多,而且可以測量連續混入氣泡的液體。

    1.3.2 測量精度不同。時差式USF測量精度比多普勒USF高,時差式USF測量精度可以達到±(0.5~1)%,重復性誤差0.1%~0.3%;多普勒USF測量精度一般為±(1~2)%,重復性誤差0.5%~1%。

    2 測量點選擇原則

    為保證空調水流量測量精度,選擇測量點時要求選擇流體流場均勻的部分,一般應遵循下列原則:

    2.1 被測管道內流體必須是滿管。

    2.2 選擇被測管道的材質應均勻質密,易于超聲波傳播,如垂直管段(流體由下向上)或水平管段(整個管路中最低處為好)。

    2.3 安裝距離應選擇上游大于10倍直管徑,下游大于5倍直管徑(注:不同儀器要求的距離會有所不同,具體距離以使用的儀器說明書為準)以內無任何閥門、彎頭、變徑等均勻的直管段,測量點應充分遠離閥門、泵、高壓電、變頻器等干擾源。

    2.4 充分考慮管內結垢狀況,盡量選擇無結垢的管段進行測量。

    3 夾裝式流量傳感器安裝要點

    3.1 流量傳感器安裝方式的確定

    3.1.1 時差式USF傳感器安裝方式有三種,分別是V法、Z法和W法,如圖3所示。

    測量時采用何種安裝方式,儀器說明書均有規定,但在邊界范圍一般比較模糊。如TFX1020P時差式超聲波流量計:V型安裝法適用測量管徑25~400 ㎜,Z型安裝法適用測量管徑100~2540㎜,W型安裝法適用測量管徑65㎜以下小管。V型與Z型、V型與W型在適用測量管徑均有部分重疊,如遇此情況 則按下列原則選擇最佳安裝方式:V型安裝一般情況下是標準安裝方式,使用方便,測量準確。當被測管道很粗或由于被測流體濁度高、管道內壁有襯里或結垢太 厚,造成V型安裝信號弱,儀表不能正常工作時,選用Z型安裝。原因是使用Z型安裝時,超聲波在管道中直接傳輸,沒有折射,信號衰耗小。W型安裝適于小管, 通過延長超聲波傳輸距離的辦法來提高小管測量精度,如圖3(c),使用W型安裝時,超聲波束在管內折射三次,穿過流體四次。

    3.1.2 多普勒USF流量傳感器安裝方式有兩種,分別是對稱安裝和同側安裝,如圖4所示。對稱安裝適用于中小管徑(通常小于600㎜)管道和含懸浮顆;驓馀葺^少的液體;同側安裝適用于各種管徑的管道和含懸浮顆;驓馀葺^多的液體。

    3.2 傳感器安裝要求

    3.2.1.剝凈測量點處附近保溫層和保護層,使用角磨砂輪機、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無蝕坑。要求:漆銹層磨凈,凸出物修平,避免局部凹 陷,光澤均勻,手感光滑圓潤。需要特別注意,打磨點要求與原管道有同樣的弧度,切忌將安裝點打磨成平面,用酒精或汽油等將此范圍擦凈,以利于傳感器粘接。

    3.2.2 在水平管段上,兩個傳感器必須安裝在管道軸面的水平方向上,并且在軸線水平位置±45°的范圍內安裝,以防止管內上部流體不滿、有氣泡或下部有沉淀等現象影響正常測量,如圖5所示。

    3.2.3 傳感器安裝處和管壁反射處必須避開接口和焊縫,如圖6所示。

    3.2.4 傳感器工作面與管壁之間保持有足夠的耦合劑,不能有空氣和固體顆粒,以保證耦合良好。


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