超声波检测技术在流量测量中的应用
时间:2013-03-22 阅读:1181
对于大管道流量测量,采用差压式流量计时,标准节流装置制作很困难,测量也很难做到准确。而采用超声波流量计则不然,具体地说超声波流量计具有以下特点:
一、由于超声波流量计采用非接触测量的方法,因此可以在特殊条件下(如高温高压、防爆、强腐蚀等)进行测量。即使在一般条件下,接触式流量计(如差压式、流量计等)会对流体的流动产生一定的阻力,而且在黏性比较大的流体中使用时,准确度会显著降低。而超声波流量计不会产生附加阻力,也很少受流体黏性的影响。可见超声波流量计属于非接触式测量,对流体场无干扰,无阻力件,不产生压力损失。
二、安装方便。只要将管外壁打磨光,抹上硅油,使其接触良好即可。
三、超声波流量计受介质物理性质的限制比较少,适应性较强。例如电磁流量计和激光流量计对不导电和不透明的流体就难以应用,而超声波流量计则不受影响,可测量各种介质。适应于腐蚀性、黏性、浑浊度大的流体,而且测量准确度高。
四、输出信号为线性的。超声波流量计的测量原理是:超声波在流动介质中传播时,其传播速度与在静止介质中的传播速度不同,其变化量与介质流速有关。测得这一变化量就能求得介质的流速,进而求出流量。例如超声波在顺流和逆流中的传播情况,如图4-10所示。图中F为发射换能器,J为接收换能器,u为介质流速,c为介质静止时声速。顺流中超声波的传播速度为c+u,逆流中超声波的传播速度为c-u,顺流和逆流之间速度差与介质流速u有关。测得这一差值即可求得流速u,进而通过计算得到流量值qv=Au。测量速度差的方法很多,常用的有时间差法、相位差法和频率差法。
图4-11所示为超声波在管壁间的传播轨迹。介质静止时超声轨迹为实线,它与轴线之间的夹角为θ。当介质平均流速为u时,传播的轨迹为虚线所示,它与轴线间夹角为θ/。速度Cu为两个分速度(u和c)的向量和,为了 使问题简化,认为θ=θ/(因为在一般情况c》u),这时可得Cu=C+ucosθ。
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超声波流量计虽然具有许多的特点,但也存在一些缺点:当液体中有气泡或有噪声时,会影响声波传播;超声波流量计实际测定的是流体速度,它将受速度分布不均匀的影响,虽可以校正,但不十分准确,故要求超声波流量计前后分别有10D和5D的直管道长度;另外从以上的分析可知超声波流量计结构较复杂,成本较高。