超聲波流量計(jì)工作原理及應(yīng)用

【資料簡(jiǎn)介】

超聲波流量計(jì)是近十幾年來(lái)隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展才出現(xiàn)的一種非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸、觀察的流體以及大管徑流量。使用超聲波流量計(jì)，不用在流體中安裝測(cè)量元件，故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可在不影響生產(chǎn)管線(xiàn)運(yùn)行的情況下進(jìn)行，因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。

超聲波流量計(jì)測(cè)量原理

北京泰亞賽?？萍及l(fā)展有限責(zé)任公司技術(shù)部工程師介紹，超聲波流量計(jì)的測(cè)量是以物理學(xué)中的多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)的。根據(jù)聲學(xué)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源所發(fā)出的頻率。這個(gè)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的頻率變化與兩物體的相對(duì)速度成正比．在超聲波多普勒流量測(cè)量方法中，超聲波發(fā)射器為一固定聲源，隨流體一起運(yùn)動(dòng)的固體顆粒起了與聲源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的“觀察者”的作用，當(dāng)然它僅僅是把入射到固體顆粒上的超聲波反射回接收據(jù)．發(fā)射聲波與接收聲波之間的頻率差，就是由于流體中固體顆粒運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)少的超聲波多普勒頻移．由于這個(gè)頻率差正比于流體流速，所以測(cè)量頻差可以求得流速．進(jìn)而可以得到流體的流量．

 

超聲波流量計(jì)的種類(lèi)很多，依照不同的分類(lèi)方法，可以分為不同類(lèi)型的超聲波流量計(jì)。

 

如上圖所示，換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)管道內(nèi)液體中的懸浮顆?；驓馀莺?，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。 當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過(guò)丈量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。目前市面上的多譜勒式超聲波流量計(jì)主要以進(jìn)口為主，如北京泰亞賽福由加拿大引進(jìn)的一款PDFM5.0便攜式多普勒超聲波流量計(jì)?？蓹z測(cè)直徑12.5 mm—4.5 mm的管道，隨機(jī)附帶不銹鋼安裝組件、耦合劑、交流充電器，堅(jiān)固的攜帶機(jī)箱符合IP67 防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。適用于絕大多數(shù)含氣泡或固體顆粒的液體流量監(jiān)測(cè)，如廢水、泥漿、石油、化學(xué)液、酸液、堿液、腐蝕液、研磨劑和粘性液體等。易于操作,傳感器安裝在管道外壁耗時(shí)不到一分鐘。使用內(nèi)置鍵盤(pán)和校驗(yàn)菜單可快速設(shè)置參數(shù)?？蓽y(cè)量管道包括PVC、球墨鑄鐵、碳鋼、不銹鋼等所有可以傳導(dǎo)超聲波的材料。

 

 

PDFM5.0便攜式多普勒超聲波流量計(jì)

 

 

時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)丈量流體流量的。廣泛應(yīng)用于江、河、水庫(kù)原水測(cè)量，石化產(chǎn)品工藝流檢測(cè)，生產(chǎn)過(guò)程耗水量測(cè)量等領(lǐng)域。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，時(shí)差式超聲波流量計(jì)又分為，便攜式時(shí)差式超聲波流量計(jì)，固定式時(shí)差式超聲波流量計(jì)，時(shí)差式氣體超聲流量計(jì)。

便攜式時(shí)差式超聲波流量計(jì)方便移動(dòng)測(cè)量，如泰亞賽福的PT878便攜式時(shí)差式超聲波流量計(jì)就屬于此類(lèi)，安裝時(shí)只要把檢測(cè)器夾裝在管道外壁上，不需要截管或停流。因此沒(méi)有一般流量計(jì)所必須的法蘭，也不存在介質(zhì)泄漏、壓力損失等問(wèn)題。

PT878便攜式時(shí)差式超聲波流量計(jì)

 

固定式時(shí)差式超聲波流量計(jì)大多應(yīng)用于工廠、車(chē)間，對(duì)流體進(jìn)行常規(guī)的實(shí)時(shí)測(cè)量，由于設(shè)備需要經(jīng)年累月的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，所以固定式超聲波流量計(jì) 對(duì)穩(wěn)定性、可靠性提出了更高的要求，“泰亞賽福”PT878固定式時(shí)差式超聲波流量計(jì)采用大規(guī)劃集成電路CPLD，表貼工藝，準(zhǔn)確度更高，可記錄前64個(gè)運(yùn)行天、前64個(gè)運(yùn)行月、前5個(gè)運(yùn)行年的累積流量。高可靠性，高性能，適用性好。

PT878固定式時(shí)差式超聲波流量計(jì)

時(shí)差式氣體超聲流量計(jì)主要應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域中對(duì)氣體流量的檢測(cè)，環(huán)保領(lǐng)域亦有應(yīng)用。比如泰亞賽福由美國(guó)引進(jìn)的PT878GC便攜式時(shí)差式氣體超聲流量計(jì)可以根據(jù)用戶(hù)要求，有標(biāo)準(zhǔn)短管，特殊短管及現(xiàn)場(chǎng)帶壓安裝等多種選擇，能準(zhǔn)確測(cè)量氣體的流速、壓力、瞬時(shí)容積流量和質(zhì)量流量、容積或質(zhì)量流量的累積流量、實(shí)測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)密度、紊流度和濕度。具有測(cè)量范圍廣、靈敏度高、的特點(diǎn)。

PT878GC便攜式時(shí)差式氣體超聲流量計(jì)

 

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，超聲波流量計(jì)又分為外夾式、插進(jìn)式、管段式三種

（1）外夾式

 

外夾式超聲波流量計(jì)是生產(chǎn)zui早，用戶(hù)zui熟悉且應(yīng)用zui廣泛的超聲波流量計(jì)，安裝換能器無(wú)需管道斷流，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲波流量計(jì)安裝簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)。比如泰亞賽福生產(chǎn)的這款PTF-H便攜式外夾超聲波流量計(jì)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)水測(cè)量而設(shè)計(jì)，捆綁式探頭組合，適用于各種口徑的管道的測(cè)量（包括小口徑的管道），主機(jī)四行文字同屏顯示瞬時(shí)流量、累積流量、流速、信號(hào)強(qiáng)度、儀表狀態(tài)等；機(jī)內(nèi)配置256K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可記錄日期、累積流量、信號(hào)強(qiáng)度、工作時(shí)間等； 具有RS232數(shù)據(jù)接口，可導(dǎo)出機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)； OCT輸出累積流量脈沖信號(hào)和頻率信號(hào)。

PTF-H便攜式外夾超聲波流量計(jì)

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（2）管段式

 

某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良，或者銹蝕嚴(yán)重，襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因，導(dǎo)致超聲波信號(hào)衰減嚴(yán)重，用外貼式超聲波流量計(jì)無(wú)法正常丈量，所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計(jì)。管段式超聲波流量計(jì)把換能器和丈量管組成一體，解決了外貼式流量計(jì)在丈量中的一個(gè)困難。而且丈量精度也比其它超聲波流量計(jì)要高，但同時(shí)也犧牲了外貼式超聲波流量計(jì)不斷流安裝這一優(yōu)點(diǎn)，要求切開(kāi)管道安裝換能器。比如泰亞賽福代理的美國(guó)GE公司的Sentinel TM 計(jì)量級(jí)天然氣超聲波流量計(jì)，是一種功能完善的超聲波流量測(cè)量系統(tǒng)，可用于天然氣流量的測(cè)量，完整的Sentinel系統(tǒng)包括超聲波流量計(jì)，整流器和上下游直管段。該配置可消除系統(tǒng)安裝帶來(lái)的不確定因素（閥門(mén)，彎管及其他系統(tǒng)部件可能導(dǎo)致的流場(chǎng)變形）對(duì)流量的計(jì)性能的影響。該解決方案提供了一個(gè)簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的測(cè)量系統(tǒng)，用戶(hù)不會(huì)受到其他測(cè)量不確定因素的影響，未充分發(fā)展，非均衡的流場(chǎng)是主要的不確定因素之一，而該超聲波流量計(jì)系統(tǒng)中已經(jīng)去除了這一因素，因此用戶(hù)可以獲得有保障的測(cè)量精度。

Sentinel TM 計(jì)量級(jí)天然氣超聲波流量計(jì)

（3）插進(jìn)式

 

插進(jìn)式超聲波流量計(jì) 介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流，利用專(zhuān)門(mén)工具在有水的管道上打孔，把換能器插進(jìn)管道內(nèi)，完成安裝。由于換能器在管道內(nèi)，其信號(hào)的發(fā)射、接受只經(jīng)過(guò)被測(cè)介質(zhì)，而不經(jīng)過(guò)管壁和襯里，所以其丈量不受管質(zhì)和管襯材料限制。以氣體流量計(jì)為例，如泰亞賽福代理的美國(guó)GE公司XGM868超聲波氣體流量計(jì)，可測(cè)量極大多數(shù)的氣體，包括：碳?xì)錃怏w，排放氣體，沼氣，脫硫罐氣體，燃料氣，廢棄，焚燒爐氣體，蒸汽回收，煙道氣等氣體。

XGM868氣體流量計(jì)

    XGM868氣體流量計(jì)的獨(dú)到之處在于它集寬量程，易安裝，低維護(hù)高精度和低廉價(jià)格等各種優(yōu)點(diǎn)于一身，全數(shù)字化德XGM868沒(méi)有壓損，既無(wú)可能造成塞堵或集聚殘物德部件，也無(wú)可被磨損的運(yùn)動(dòng)部件，極少需要日常維護(hù)，長(zhǎng)期提供可信，無(wú)漂的測(cè)量。

 

 

超聲波流量計(jì)屬高精尖測(cè)控儀器，對(duì)儀器生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)技術(shù)參數(shù)要求極為嚴(yán)格，因?yàn)樵诠I(yè)企業(yè)實(shí)際計(jì)量過(guò)程中，哪怕即使是萬(wàn)分之一的誤差，產(chǎn)生的累積量也將是極為巨大的，尤其是一些工業(yè)領(lǐng)域比如核電，石化，甚至?xí)劤芍卮蟀踩a(chǎn)事故，據(jù)媒體報(bào)道旺旺集團(tuán)位于江蘇的分公司就因?yàn)椴少?gòu)的流量計(jì)質(zhì)量問(wèn)題險(xiǎn)些造成200余萬(wàn)元巨額損失，流量計(jì)在企業(yè)生產(chǎn)中起到定量把關(guān)的關(guān)鍵作用，所以流量計(jì)的選購(gòu)切不可貪圖便宜，一定要選擇*、專(zhuān)業(yè)代理商購(gòu)買(mǎi)。泰亞賽福作為國(guó)內(nèi)的檢測(cè)設(shè)備供應(yīng)商，產(chǎn)品深得用戶(hù)信賴(lài)