淺析多通道超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理及安裝要求

　　超聲波流量計(jì)用于流體的流量測(cè)量已經(jīng)逐漸在測(cè)量領(lǐng)域流行起來(lái)，與傳統(tǒng)的流量?jī)x表相比其計(jì)量精度更高，對(duì)各種管徑的適應(yīng)性更強(qiáng)、無(wú)無(wú)須接觸介質(zhì)、方便使用、方便維護(hù)、因其具有強(qiáng)大的通訊能力，更易于進(jìn)行數(shù)字化的管理。近幾年，伴隨著電子科技的進(jìn)步與電子元器件產(chǎn)品生產(chǎn)成本與采購(gòu)成本的進(jìn)一步下降，讓超聲波流量計(jì)的生產(chǎn)制造成本也大大降低，以前昂貴的超聲波流量計(jì)已走入普通儀表采購(gòu)領(lǐng)域中。超聲波流量計(jì)的測(cè)量有單聲道與多聲道之分，單聲道超聲波流量計(jì)價(jià)格更經(jīng)濟(jì)主，能夠適應(yīng)絕大部分的測(cè)量要求，但對(duì)于一些高端的測(cè)量要求則有點(diǎn)力不從心了。因此如何通過多通道來(lái)增強(qiáng)測(cè)量的精度和更多的適應(yīng)性則應(yīng)運(yùn)而生，已成為近年來(lái)流量測(cè)量的一個(gè)研究熱點(diǎn)，許多流量計(jì)都在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上向多通道測(cè)量改進(jìn)，采用多通道測(cè)量有以下兩個(gè)原因：延長(zhǎng)聲程和確定截面流速分布。本文對(duì)于多通道測(cè)量技術(shù)的測(cè)量原理和安裝要求作簡(jiǎn)要分析。
　　1、多通道測(cè)量超聲波流量計(jì)測(cè)量原理
　　1.1時(shí)差法超聲波流量計(jì)測(cè)量原理
　　當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速。。因此通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。其原理圖如圖1所示：
　　常用單聲道的時(shí)差法超聲波流量計(jì)是以超聲波的時(shí)間差方法為基礎(chǔ)。利用超聲波脈沖在通過液體順逆兩方向上傳播速度之差，來(lái)求圓管內(nèi)液體的流量，其關(guān)系表達(dá)式如下：
　　通過時(shí)間指標(biāo)：
　　與系數(shù)Kh相乘，得到體積流量：
　　1.2以確定截面流速分布為目的的多通道測(cè)量
　　流體的流態(tài)可以分為層流和紊流兩種，而單聲道測(cè)量求出的是聲路上的平均線速度，為了求出流量，僅知道這個(gè)平均速度是不夠的，必須知道流速在橫截面上的分布曲線，為此可以在管壁上安裝多對(duì)換能器，每對(duì)換能器聲束所在平面與管道軸線相互平行，且每對(duì)換能器的測(cè)量原理和前面所述的單通道基本相同，利用每個(gè)聲道測(cè)得的數(shù)據(jù)近似求出橫截面上的分布曲線，進(jìn)而求出平均面速度和流量。如圖2所示是一個(gè)3聲道測(cè)量的例子：
　　1.3延長(zhǎng)聲程和確定流速分布相結(jié)合的多通道測(cè)量
　　以2聲道測(cè)量為例子，其聲道從管道截面和側(cè)面上看如圖3所示：
　　圖中的4個(gè)超聲波探頭都安裝在過軸線的同一個(gè)平面上，管道同側(cè)的2個(gè)探頭一個(gè)方向向上一個(gè)向下，每一路超聲波都是經(jīng)過管壁的的兩次反射回到同側(cè)的探頭，這樣不僅可以延長(zhǎng)聲程，而且可以得到兩個(gè)聲道測(cè)量的平均值，使測(cè)量更準(zhǔn)確，為了更精確地確定流速分布，還可以采用4聲道5聲道等。
　　目前已經(jīng)投入應(yīng)用的多通道超聲波流量計(jì)中，以確定截面流速分布為目的的多通道測(cè)量的通道數(shù)量大可達(dá)到9個(gè)，再加上精確的數(shù)學(xué)分析，如插值法等，其測(cè)量精度可以達(dá)到≤±0.1～0.2% 。
　　2、超聲波流量計(jì)安裝建議
　　超聲波流量計(jì)的一般安裝條件應(yīng)該滿足某幾個(gè)原則，即保證設(shè)備的可靠性，精確性，可重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。管線內(nèi)的氣體或固體被限制到小以避免流量計(jì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。事實(shí)上，氣泡或者固體顆粒影響超聲波在管道中傳輸，儀表會(huì)產(chǎn)生不可靠的數(shù)據(jù)。由于管線比較長(zhǎng)，壓力損失幾乎不存在，不會(huì)產(chǎn)生憋壓現(xiàn)象，氣相的轉(zhuǎn)換也可以避免。
　　2.1安裝環(huán)境的要求
　　2.1.1環(huán)境溫度：高寒、高熱環(huán)境既有可能縮短儀表的使用壽命，更有可能損害儀表的測(cè)量性能，因此，任何測(cè)量?jī)x表都會(huì)對(duì)外界環(huán)境溫度的適應(yīng)能力做出自身的具體規(guī)定。在某些特殊情況下（比如，被測(cè)介質(zhì)與外界環(huán)境之間的溫差較大并且測(cè)試流量較低），為預(yù)防外界環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的附加影響，建議對(duì)儀表及其上下游的測(cè)量管加裝遮雨防曬設(shè)施或者采取必要的隔熱保溫措施。
　　2.1.2振動(dòng)：超聲波流量計(jì)雖然在出廠前都經(jīng)過了嚴(yán)格的機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)，但是作為一種精密的測(cè)量?jī)x表，如果長(zhǎng)期在靠近振動(dòng)源或具有振動(dòng)的環(huán)境中使用，其測(cè)量性能及壽命都有可能受到嚴(yán)重的影響。因此，**的方法就是遠(yuǎn)離或消除振動(dòng)。
　　2.1.3電氣噪聲：超聲波流量計(jì)作為一種以微電技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度測(cè)量設(shè)備，雖然其本身具有一定的抗外界電磁和電子干擾的能力，但是安裝現(xiàn)場(chǎng)往往復(fù)雜多變，如果不對(duì)使用環(huán)境中的“電氣噪聲”提出要求，那么在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)就有可能由于疏忽將其置于電磁場(chǎng)合電子干擾環(huán)境之中，比如變壓器或固定的無(wú)線通訊場(chǎng)所附近，儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性及工作的可靠性就因此可能受到影響。
　　2.2安裝管段的要求
　　2.2.1上游收斂； 2.2.2上游單束； 2.2.3上游分散。
　　2.3安裝注意事項(xiàng)
　　在管道上安裝設(shè)備時(shí)，應(yīng)核對(duì)：
　　a.流量計(jì)上游是否清潔 b.法蘭和接口是否一致
　　c.法蘭的緊固是否對(duì)上下游的管線產(chǎn)生過多的影響
　　d.電氣連接位置是否妥當(dāng) e.防爆保護(hù)滿足需求
　　f.如安裝在危險(xiǎn)區(qū)域，電源和儀表電纜應(yīng)該滿足電氣規(guī)范。
（本文由潤(rùn)中儀表科技整理發(fā)布，如您在使用儀表的過程中遇到任何問題，都可以致電我司的國(guó)內(nèi)銷售服務(wù)熱線：0517-86917118，我們會(huì)有**人員為您答疑解惑）
上一條：在高液位罐體上如何合理安裝磁翻板液位計(jì)的技巧分享
下一條：在磁翻板液位計(jì)安裝時(shí)為什么要在法蘭接口處加裝閥門