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正确使用超声波流量计

浏览: 发布日期:2017-08-06 23:06:47

1.超声波流量计工作原理

    封闭管道用USF按测量原理分类有:时间传播法、多普勒效应法、波束偏移法、相关法、噪声法。其中时间传播法又可分为时差法、相位差法、频差法。目前应用于空调水系统中的USF的测量原理主要有时差法和多普勒效应法。

    1.1 时差式USF测量原理

    超声波流量计在液体中传播,由于流体流速不同会使超声波传播速度发生变化。如图1所示,取超声波在静止流体中声速为c,流体流速为v,上下游传感器的安装距离为 L。当超声波传播方向与流体方向一致时,超声波传播速度为(c+v),当超声波传播方向与流体方向相反时,超声波传播速度为(c-v);则顺流方向传播时 间tl=L/(c+v),逆流方向传播时间t2=L/(c-v),则有:

    c、L为常数,测得时间差△t即可求出流体流速v,进而求得流体流量。

    1.2 多普勒USF测量原理

    多普勒USF是以利用多普勒效应原理来测量流体流量。如图2所示,传感器1发射频率为f1的超声波信号,经过管道内液体中悬浮颗粒或气泡后,频率发生偏移,以f2的频率反射到传感器2,这就是多普勒效应,f2与f1之差即为多普勒频差fd

    取流体流速为v,超声波声速为c,多普勒频移fd正比于流体流速v,即:

    当管道条件、传感器安装位置、发射频率、声速确定以后,c、f1、θ即为常数,流体流速和多普勒频移成正比,通过测量频移就可得到流体流速,进而求得流体流量。

    1.3 两者使用主要区别

    1.3.1 被测流体水质要求不同。时差式USF适用于比较洁净的流体测量,多普勒USF主要用于测量含有适量能给出强反射信号的颗粒或气泡的液体。时差式USF可以 测量悬浮颗粒较少的液体,多普勒USF要比时差式USF适用悬浮颗料含量上限高得多,而且可以测量连续混入气泡的液体。

    1.3.2 测量精度不同。时差式USF测量精度比多普勒USF高,时差式USF测量精度可以达到±(0.5~1)%,重复性误差0.1%~0.3%;多普勒USF测量精度一般为±(1~2)%,重复性误差0.5%~1%。

    2 测量点选择原则

    为保证空调水流量测量精度,选择测量点时要求选择流体流场均匀的部分,一般应遵循下列原则:

    2.1 被测管道内流体必须是满管。

    2.2 选择被测管道的材质应均匀质密,易于超声波传播,如垂直管段(流体由下向上)或水平管段(整个管路中最低处为好)。

    2.3 安装距离应选择上游大于10倍直管径,下游大于5倍直管径(注:不同仪器要求的距离会有所不同,具体距离以使用的仪器说明书为准)以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段,测量点应充分远离阀门、泵、高压电、变频器等干扰源。

    2.4 充分考虑管内结垢状况,尽量选择无结垢的管段进行测量。

    3 夹装式流量传感器安装要点

    3.1 流量传感器安装方式的确定

    3.1.1 时差式USF传感器安装方式有三种,分别是V法、Z法和W法,如图3所示。

    测量时采用何种安装方式,仪器说明书均有规定,但在边界范围一般比较模糊。如TFX1020P时差式超声波流量计:V型安装法适用测量管径25~400 ㎜,Z型安装法适用测量管径100~2540㎜,W型安装法适用测量管径65㎜以下小管。V型与Z型、V型与W型在适用测量管径均有部分重叠,如遇此情况 则按下列原则选择最佳安装方式:V型安装一般情况下是标准安装方式,使用方便,测量准确。当被测管道很粗或由于被测流体浊度高、管道内壁有衬里或结垢太 厚,造成V型安装信号弱,仪表不能正常工作时,选用Z型安装。原因是使用Z型安装时,超声波在管道中直接传输,没有折射,信号衰耗小。W型安装适于小管, 通过延长超声波传输距离的办法来提高小管测量精度,如图3(c),使用W型安装时,超声波束在管内折射三次,穿过流体四次。

    3.1.2 多普勒USF流量传感器安装方式有两种,分别是对称安装和同侧安装,如图4所示。对称安装适用于中小管径(通常小于600㎜)管道和含悬浮颗粒或气泡较少的液体;同侧安装适用于各种管径的管道和含悬浮颗粒或气泡较多的液体。

    3.2 传感器安装要求

    3.2.1.剥净测量点处附近保温层和保护层,使用角磨砂轮机、锉、砂纸等工具将管道打磨至光亮平滑无蚀坑。要求:漆锈层磨净,凸出物修平,避免局部凹 陷,光泽均匀,手感光滑圆润。需要特别注意,打磨点要求与原管道有同样的弧度,切忌将安装点打磨成平面,用酒精或汽油等将此范围擦净,以利于传感器粘接。

    3.2.2 在水平管段上,两个传感器必须安装在管道轴面的水平方向上,并且在轴线水平位置±45°的范围内安装,以防止管内上部流体不满、有气泡或下部有沉淀等现象影响正常测量,如图5所示。

    3.2.3 传感器安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝,如图6所示。

    3.2.4 传感器工作面与管壁之间保持有足够的耦合剂,不能有空气和固体颗粒,以保证耦合良好。


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