一、超聲波流量計(jì)工作原理: 超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。超聲脈沖穿過管道從一個傳感器到達(dá)另一個傳感器，就像一個渡船的船夫在橫渡一條河。當(dāng)氣體不流動時，聲脈沖以相同的速度（聲速，C）在兩個方向上傳播。如果管道中的氣體有一定流速V（該流速不等于零），則順著流動方向的聲脈沖會傳輸?shù)每煨嬷鲃臃较虻穆暶}沖會傳輸?shù)寐?。這樣，順流傳輸時間tD會短些，而逆流傳輸時間tU會長些。這里所說的長些或短些都是與氣體不流動時的傳輸時間相比而言；根據(jù)檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不******型的超聲波流量計(jì)。起聲波流量計(jì)是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種。根據(jù)對信號檢測的原理，目前超聲波流量計(jì)大致可分傳播速度差法(包括：直接時差法、時差法、相位差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類型。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)***簡單，便于測量和攜帶，價格便宜但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測量準(zhǔn)確度要求不高的場合使用。由于直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度差法。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。
波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時，靈敏度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測量流量，原理上，此法的測量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價格貴，線路比較復(fù)雜。在微處理機(jī)普及應(yīng)用后，這個缺點(diǎn)可以克服。噪聲法(聽音法)是利用管道內(nèi)流體流動時產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測噪聲表示流速或流量值。其方法簡單，設(shè)備價格便宜，但準(zhǔn)確度低。
以上幾種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)被測流體性質(zhì)．流速分布情況、管路安裝地點(diǎn)以及對測量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時差法。只有在管徑很大時才采用直接時差法。對換能器安裝方法的選擇原則一般是：當(dāng)流體沿管軸平行流動時，選用Z法；當(dāng)流動方向與管鈾不平行或管路安裝地點(diǎn)使換能器安裝間隔受到限制時，采用V法或X法。當(dāng)流場分布不均勻而表前直管段又較短時，也可采用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動帶來的流量測量誤差。多普勒法適于測量兩相流，可避免常規(guī)儀表由懸浮?；驓馀菰斐傻亩氯?、磨損、附著而不能運(yùn)行的弊病，因而得以迅速發(fā)展。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計(jì)應(yīng)用開辟廣闊前景。
二、構(gòu)成：超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波流量計(jì)的電子線路包括發(fā)射、接收、信號處理和顯示電路。測得的瞬時流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測和顯示。超聲波流量計(jì)常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔?，以便檢測。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。
三、優(yōu)點(diǎn)：超聲波流量計(jì)非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計(jì)聯(lián)動可進(jìn)行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量計(jì)，不用在流體中安裝測量元件，故不會改變流體的流動狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。多普勒法超聲波流量計(jì)可測雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計(jì)測量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計(jì)方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。
四、缺點(diǎn)：主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計(jì)的測量線路比一般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)?，一般工業(yè)計(jì)量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量***大也是10－3數(shù)量級．若要求測量流速的準(zhǔn)確度為1％，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為10-5～10-6數(shù)量級，因此須***有完善的測量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。
五、超聲波流量計(jì)安裝步驟安裝超流可按照以下步驟操作：
1：觀察安裝現(xiàn)場管道是否滿足直管段前10D后5D以及離泵30D的距離。（D為管道內(nèi)直徑）
2：確認(rèn)管道內(nèi)流體介質(zhì)以及是否滿管。
3：確認(rèn)管道材質(zhì)以及壁厚（充分考慮到管道內(nèi)壁結(jié)垢厚度）
4：確認(rèn)管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳鋼材質(zhì)，***好也采用插入式安裝。
5：前四步驟完成后可確認(rèn)使用何種傳感器安裝
6：開始向表體輸入?yún)?shù)以確定安裝距離。
7：非常重要：準(zhǔn)確測量出安裝距離。 （1） 外夾式可選安裝傳感器大概距離，然后不斷調(diào)試活動傳感器以達(dá)到信號和傳輸比 ***好的匹配 （2） 插入使用專用工具測量管道上安裝點(diǎn)距離，這個距離很重要，它直接影響表的實(shí)際測量精度，所以***好進(jìn)行多次測量以求較高精度。
8：安裝傳感器——調(diào)試信號——做防水——歸整好信號電纜——清理現(xiàn)場線頭等廢棄物 ——安裝結(jié)束——驗(yàn)收簽字
六、超聲波流量計(jì)使用中常見問題：
1、 超聲波流量計(jì)探頭使用一段時間，會出現(xiàn)不定期的報警。尤其是輸送介質(zhì)雜質(zhì)較多時，這種問題會較常見。解決辦法：定期清理探頭(建議一年清理一次)。 2、 超聲波流量計(jì)輸送介質(zhì)含有水等液體雜質(zhì)時，流量計(jì)引壓管容易產(chǎn)生積液，氣溫較低時會出現(xiàn)引壓管凍堵現(xiàn)象，尤其在北方地區(qū)冬季較常見。
解決辦法：對引壓管進(jìn)行吹掃或加電伴熱 超聲波在傳播過程中，由于受介質(zhì)和介質(zhì)中雜質(zhì)的阻礙或吸收，其強(qiáng)度會產(chǎn)生衰減。不論是超聲波流量計(jì)還是超聲波物位計(jì)，對所接受的聲波強(qiáng)度都有一定要求，所以都要對各種衰減進(jìn)行抑制。
可變面積式流量計(jì)發(fā)展史
可變面積式的流量儀表,通常稱為rotameters,是一個具有成本效益的解決方案的液體和氣體的流量測量?？勺兠娣e式的流量儀表計(jì)具有良好的測量重復(fù)性,它提供了過程的穩(wěn)定性和一致性。外部力量不需要操作;因此,他們提供一個故障安全流量在任何情況下?？勺兠娣e式的流量儀表是由各種濕材料過程流體兼容性、高壓和高溫的條件下,和危險區(qū)域。
2。歷史
可變面積式的流量儀表技術(shù)被發(fā)明在德國超過100年前。一個可變面積流量計(jì)通常被稱為一個轉(zhuǎn)子流量計(jì)由于浮子旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn))作為流經(jīng)過它。旋轉(zhuǎn)的浮動是一個明確的跡象,說明流體流動。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的布魯克斯公司于1946年通過引入一個創(chuàng)新的轉(zhuǎn)子流量計(jì)的設(shè)計(jì),不僅用螺栓固定在側(cè)板還合銷。這崎嶇的設(shè)計(jì)贏得了布魯克斯的聲譽(yù)已經(jīng)今天讓米是崎嶇的,耐用,適合困難的應(yīng)用程序。1958年,布魯克斯介紹了商???率,這是一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)低流量技術(shù),可過程壓力和溫度高導(dǎo)致金屬管米在1960年代和1970年代。這個行業(yè)需要遠(yuǎn)程監(jiān)控的過程rotameters創(chuàng)造了更多的機(jī)會。布魯克斯與水流警報介紹米,可以設(shè)置為一個特定的流點(diǎn)和米提供氣動和模擬輸出與流量。哈特和現(xiàn)場總線通信后來被添加到產(chǎn)品。今天,可變面積計(jì)是測量流量的能力與過程壓力接近20000 psi / 1350酒吧,過程流體溫度高達(dá)750°F / 420°C。盡管技術(shù)是超過100歲,這仍然是一個受人尊敬的技術(shù)。
3。操作原理——可變區(qū)
有五個主要元素到一個變面積式流量計(jì)(轉(zhuǎn)子流量計(jì)):
計(jì)量管——一個錐形腔包含流體和浮動
浮子——一個球形或?qū)ΨQ形狀的對象,向上或向下運(yùn)行基于流量
規(guī)模——設(shè)備標(biāo)有增量的流動單元用于讀取流量
過程連接(端配件)——法蘭或螺紋裝配,客戶用來連接過程流體線——連同計(jì)尺寸,這是非常重要的參數(shù)
腔體——框架或結(jié)構(gòu),包含計(jì)量管、浮子、規(guī)模和客戶聯(lián)系
一個可變面積計(jì)(轉(zhuǎn)子流量計(jì))是一個流量計(jì)測量體積流量的液體和氣體。它的操作是基于可變面積原理,提出了一個流浮于錐形管,增加區(qū)域的流體通道。浮動將達(dá)到一個穩(wěn)定的位置當(dāng)施加壓力流動流體+浮力等于重力。在流量變化擾亂這個力平衡和浮動會向上或向下移動直到它再次達(dá)到位置平衡的力量。壓力降穿過浮很低,基本上維持恒定的流量變化。
浮子響應(yīng)流率的變化是線性的,通常一個10到1流量范圍是標(biāo)準(zhǔn)?？勺儏^(qū)米可以直接安裝在管件和閥門沒有副作用的計(jì)精度。在米上也是自潔自流動的氣體或液體在管壁和浮動提供了一個精練行動,阻止外來物質(zhì)的累積。
重復(fù)性
這是常見的使用rotameters為他們的重復(fù)性,這被定義為的親密度測量分相同的工藝條件下拍攝的。
精度
精度的變面積計(jì)計(jì)算使用全尺寸精度的方法,而不是的速率的方法。
4?？勺兠娣e式的流量儀表使用?
可變面積式的流量儀表被廣泛應(yīng)用在各種不同的應(yīng)用程序,從簡單到復(fù)雜。下面是一些典型的應(yīng)用程序的細(xì)節(jié):過程分析過程分析是為了準(zhǔn)確、連續(xù)測量目標(biāo)分析物在一個流程流。抽樣是***關(guān)鍵的問題,過程分析。當(dāng)采樣系統(tǒng)變得堵塞,它可以引起******煩和昂貴的,不定期的維護(hù)。變量區(qū)流量計(jì)——4 - 20毫安輸出——連續(xù)監(jiān)控樣品流動分析儀,與流量報警或流量開關(guān)。當(dāng)流量開始下降——這表明出現(xiàn)堵塞——用戶可以安排維修。為解決這一問題,在分析缺乏示例。Rotameters沒有4 - 20毫安輸出通常用于樣品流動分析儀的應(yīng)用程序。轉(zhuǎn)動設(shè)備
大轉(zhuǎn)動設(shè)備需要有效和可靠的流量監(jiān)測在一個數(shù)量的流體供應(yīng)——就像潤滑液,冷卻液,和干氣密封氣體,確保有效、安全的操作。金屬管變面積米一般用來監(jiān)測潤滑油和冷卻液流動。***佳解決方案是使用一個4 - 20毫安傳輸可變面積計(jì),這樣流可以連續(xù)監(jiān)測。但玻璃管或塑性體變面積米是經(jīng)常被用來確保適當(dāng)?shù)牧鞲蓺饷芊狻?/span>
近海石油平臺
運(yùn)營商的海上平臺需要可靠的產(chǎn)品,等極端條件下運(yùn)作的高壓力和困難的環(huán)境條件。常見的應(yīng)用包括注入流體離岸(很多時候一個專有的流體)進(jìn)入高壓萃取液,要么防止腐蝕,防止凍結(jié)的提取液,或添加潤滑。在所有情況下,目標(biāo)是提供本地監(jiān)測提取過程,可以提高整體的制程良率。自抽提過程通常操作非常高的壓力下,流量計(jì)的選擇是有限的。3809型可變面積計(jì)是一個很好的選擇,因?yàn)樗呛唵蔚?/span>,證明,可靠的(只有一個運(yùn)動部件)和可供操作的壓力在20000 psi / 1350條。獨(dú)特的3809米會有厚壁結(jié)構(gòu)與不銹鋼指示器住房。如果遠(yuǎn)程監(jiān)測是必需的,3809年的模型可以提供4 - 20 mA模擬輸出和世界范圍的批準(zhǔn)。
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