《超聲波流量計(jì)分享》PPT課件

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1、侯永華2013/09/10超聲波流量計(jì)概述超聲流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束(或超聲脈沖)的作用以測(cè)量流量的儀表。超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計(jì)，是適于解決流量測(cè)量困難問題的一類流量計(jì)，特別在大口徑流量測(cè)量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，它是發(fā)展迅速的一類流量計(jì)之一超聲波流量計(jì)工作原理超聲流量計(jì)是利用超聲波在流體中的傳播特性來實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。是一種非接觸式流量測(cè)量?jī)x表。利用超聲波測(cè)量流量的方法很多。根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的方式的不同主要分為：1、多普勒法：利用多普勒效應(yīng)確定流量。當(dāng)聲源與目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起聲波在頻率上的變化正比于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)和靜

2、止的換能器之間的相對(duì)速度。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，不接觸測(cè)量介質(zhì)，一般用于含有顆粒和氣泡的液體或兩相流流體的流量測(cè)量。工作原理2、波束偏移法：裝于管道一側(cè)的換能器發(fā)射的超聲波垂直于流體流動(dòng)方向。流體的流動(dòng)使波束產(chǎn)生偏移，這個(gè)幅差與流速有關(guān)。特點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單，一般用于準(zhǔn)確度要求不高的高速流體測(cè)量中。3、傳播速度法：根據(jù)超聲波在流體中順流與逆流傳播的速度之差與流體流速有關(guān)的原理實(shí)現(xiàn)流體流量的測(cè)量。按照具體測(cè)量參數(shù)的不同又可分為：時(shí)間差法、相位差法、頻率差法。傳播速度法相差法：檢測(cè)△φ相位差。由于相位測(cè)量技術(shù)較復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用較少。頻差法：檢測(cè)△f頻率差。主要用于大口徑測(cè)量。時(shí)差法：檢測(cè)△t時(shí)間差。

3、測(cè)量中小口徑流量準(zhǔn)確度高，應(yīng)用廣泛。在工業(yè)生產(chǎn)測(cè)量中應(yīng)用傳播速度法最為普遍。下面主要討論傳播速度法中時(shí)差法的原理和推導(dǎo)。時(shí)差法時(shí)差法：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測(cè)量流體流量的。原理如下圖所示：時(shí)差法根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，利用流體傳播超聲的特性聲波順流傳播速度為：C＋Vcosθ聲波順流傳播時(shí)間為：t1=L／（C＋Vcos）聲波逆流傳播速度為：C－Vcosθ聲波逆流傳播時(shí)間為：t2=L／（C－Vcos）時(shí)差法時(shí)間差為：△t＝t2－t1=L/（C-Vcosθ）－L/（C+Vcosθ）＝2LVcosθ／（C2－V2cos2θ）由于C>>V，故V2co

4、s2θ可以忽略不計(jì)則：△t＝2VLcosθ/C2即：流體流速V＝△tC2/（2Lcosθ）時(shí)差法從式（1）可以看出，從發(fā)生器發(fā)出的超聲波傳到接收器的時(shí)間變化與管路內(nèi)的流體流速成正比。據(jù)此把管道參數(shù)置入儀器，采集數(shù)據(jù)經(jīng)變換器變換即得到瞬時(shí)流量，并得累計(jì)流量。時(shí)差法結(jié)構(gòu)：超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路和流量顯示三部分組成。根據(jù)超聲波換能器使用不同可分為：可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計(jì)。外貼式外貼式超聲波流量計(jì)是生產(chǎn)最早，用戶最熟悉且應(yīng)用最廣泛的超聲波流量計(jì)，安裝換能器無需管道斷流，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)。管道式某些管道因材質(zhì)

5、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)無法正常測(cè)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)把換能器和測(cè)量管組成一體，解決了外貼式流量計(jì)在測(cè)量中的一個(gè)難題。而且測(cè)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)，要求切開管道安裝換能器。管道式插入式插入式超聲波流量計(jì)介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流，利用專門工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內(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)過被測(cè)介質(zhì)，而不經(jīng)過管壁和襯里，所以其測(cè)量不受管質(zhì)和管襯材料

6、限制。傳感器樣式特點(diǎn)安裝維修方便，直接安裝于管道上，不需設(shè)置專門的流量井和太大的安裝空間通用性好，與口徑無關(guān)測(cè)量范圍廣，不受流體物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的影響，可以對(duì)任何流體進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量方式多，非接觸式，可對(duì)不易接觸和觀察的流體進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量簡(jiǎn)便，指示讀數(shù)與所測(cè)流體流量成線性函數(shù)，便于流量的直接讀數(shù)、記錄和累計(jì)；可以將轉(zhuǎn)換器與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連接，更方便地對(duì)流量計(jì)進(jìn)行控制，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種操作，如讀取、存儲(chǔ)、打印、分析等。安裝方式（1）直接透過法，又稱Z法，主要適用于流體以管軸為對(duì)稱軸沿管軸平行流動(dòng)的情形。Z方式安裝的換能器超聲波信號(hào)強(qiáng)度高，測(cè)量的穩(wěn)定性也好。D＞300mm安裝方

7、式（2）反射法，又稱V法，V法安裝超聲波信號(hào)行程增加一倍。適用于小管徑，管道條件好的流量測(cè)量。安裝方式（3）交叉法，又稱X法，同V法，是V法的變形。安裝距離受限制時(shí)。外夾式超聲波流量計(jì)安裝方法①準(zhǔn)確輸入各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算安裝距離；②按照安裝位置將管道打磨干凈，不能有油漆或污物；打磨面積約為探頭的3倍。③將探頭發(fā)射面清理干凈。④將耦合劑涂抹均勻在發(fā)射面和管道表面安裝位置處，不能太少；不要形成氣泡。⑤根據(jù)流向和安裝距離正確安裝上下游探頭，且兩個(gè)探頭要保持水平。探頭用鋼帶固定，要與管道表面緊密貼合。