超聲波流量計在能源檢測中的選型及設(shè)計

喬楨

摘 要：超聲波流量計是一種速度式流量儀表，它能夠利用超聲波脈沖來測量流體。本文主要討論的是便攜式超聲波，對時差式和多譜勒式的超聲波流量計進(jìn)行分析，結(jié)合相關(guān)的實際經(jīng)驗簡單的闡述了超聲波流量計的工作原理；并且總結(jié)了超聲波流量計的原則，為使用超聲波流量計提供可借鑒的經(jīng)驗及其方法。

關(guān)鍵詞：超聲波流量計；能源檢測 ；工作原理

能源檢測中必須對流量流體和流速等參數(shù)進(jìn)行測量控制，原先安裝好的流量計因為一些原因?qū)е录恿坎粶?zhǔn)確，檢測計量工作沒辦法提供準(zhǔn)確可靠性的資料，導(dǎo)致無法正確評價耗能設(shè)備的利用狀況和正確分析其運行情況，使能源統(tǒng)計工作處于被動狀態(tài)。如果更換在線流量儀表，會提高成本，不利于開展能源檢測工作。選擇能夠準(zhǔn)確計量、安裝方便的流量監(jiān)測儀表有利于解決能源檢測中的流量計算問題，便攜式超聲波流量計的特點包括機(jī)動性、即可使用性和無需管道斷流，對能源監(jiān)測有很重要的作用，能夠充分體現(xiàn)超聲波流量計使用安裝便捷的特點；便攜式超聲波流量計的準(zhǔn)確度有1.0級、1.5級和2.5級，具有選擇性，能夠滿足不同要求的能源檢測計量的工作。

1 超聲波流量計工作原理

1.1 時差式超聲波流量計

PT868超聲波流量計是時差式超聲波流量計，它能夠利用聲波在流體中順流逆流傳播的時間差和流體的流速成正比的這個原理來測量流量的。在流體順流方向傳播聲波的速度會增大，逆流方向則減小速度，同一個傳播距離有不同的傳播時間。傳播速度差和被測流體流速間的關(guān)系能偶求出流速，這個叫做時差法。

（1）流速方程式

時差式測量原理就是將超聲波順流從傳感器1傳輸?shù)絺鞲衅?的傳播速度C，那么流體流速V就會加快，流速方程式是： ，L是超聲波在傳感器間傳播路徑的長度，t1指的是傳播時間，x是傳播路徑的軸向，c指的是在靜止中的傳播速度，v是通過傳感器1、傳感器2間的平均流速。其中 ，所以流程方程式可以轉(zhuǎn)變?yōu)?。

如果超聲波逆流從傳感器2到1的傳播速度減緩，那么t2是傳感器2到傳感器1的傳播時間。該流速方程式是： 。其中 ，所以該方程式能夠轉(zhuǎn)化為 。

（2）傳播時間

傳感器1發(fā)射超聲波信號給傳感器2，它的順流方向的傳播時間為 ；逆流方向的傳播時間為 ，兩者的時間差為 ，因此流體速度為 。

流速方程式測得的時間差能夠求出流體流速，然后得到流體流量。

1.2 多譜勒式超聲波流量計

SX30超聲波流量計檢測流體流量，采用多譜勒式超聲波流量計。多譜勒式效應(yīng)法指的是在靜止點或者固定點檢測，從移動源發(fā)射聲波會產(chǎn)生多譜勒頻移現(xiàn)象，測量頻移能夠計算流體流量。

傳感器1發(fā)射頻率是f1的超聲波信號，通過管道液體的懸浮顆粒或者氣泡之后，頻率會出現(xiàn)偏移，f2頻率發(fā)射到傳感器2，f2、f1直插就是多譜勒頻差fd。假設(shè)流體散射體的流速是V，超聲波聲速是C，fd正比流體速度V為 ，那么流體流速就是 。當(dāng)確定管道條件、聲速、發(fā)射頻率和傳感器的安裝位置后，流體流速、多譜勒頻移呈正比，測量頻移能夠得知流體流速，然后得到流體流量。

這是兩種超聲波流量計的工作原理，只有熟悉了其工作原理才能夠有效的利用超聲波流量計為能源檢測服務(wù)。

2 超聲波流量計的選擇

選擇超聲波流量計進(jìn)行流量計量的時候，要先確定被測流體的性質(zhì)，判斷標(biāo)準(zhǔn)為液體的潔凈程度和雜質(zhì)含量的高低；選擇流量計要考慮到測量原理是時差法還是多譜勒法。

2.1 時差法超聲波流量計

時差法超聲波流量計是用來測量潔凈流體的介質(zhì)的，它能夠測量懸浮顆粒很少的液體，不能夠測量懸浮顆粒超過某一范圍的液體或者氣泡超過范圍的液體，也不能夠測量含有影響傳播超聲波的連續(xù)性混入氣泡或者是體積很大的固體顆粒的液體。液體介質(zhì)中的懸浮顆粒的體積含量小于百分之一的時候，才不會影響流體計量，如果含量大于百分之一就會影響測量的精準(zhǔn)度。另外，時差法還可以測量雜質(zhì)含量不高的均勻流體，含量不高的范圍指的是雜質(zhì)含量小于10g/L，其粒徑小于1mm。比如污水等介質(zhì)流量，其精度能夠達(dá)到 1.5%。

3 超聲波流量計的應(yīng)用

應(yīng)用超聲波流量計要注意以下方面的問題：

3.1其功能的選擇

正確功能選擇是超聲波流量計正常工作的基礎(chǔ)，如果選型不合適，會導(dǎo)致無法測量流量。正確選擇超聲波流量計，主要根據(jù)流量原理來選擇合適的超聲波流量計。假如是雙向流，那選擇的超聲波流量計要帶有正負(fù)計量功能。

3.2 流量檢測點的選擇

（1）安裝位置及其流動方向

超聲波流量計的流量傳感器通常安裝在水平管道、傾斜管道和垂直管道。垂直管道要選擇自下而上流動的場所，如果是自上而下會導(dǎo)致下游產(chǎn)生足夠的被壓。比如高于測量點的后續(xù)管道，這是用來防止測量點出現(xiàn)非滿管流的現(xiàn)象。

（2）管道條件

超聲波流量計徐璈考慮到襯里材料和厚度、管壁材料及厚度、銹蝕狀況等，不能夠使用襯里或者結(jié)垢太厚的管道，不能使用襯里或者銹層和內(nèi)管壁剝離的，不能使用銹蝕現(xiàn)象暗中的管道，夾層夾帶氣體會減弱超聲信號，還能夠改變超聲的傳播路徑。管道內(nèi)的表面積沉積層會產(chǎn)生聲波不良傳播，還有可能會偏離預(yù)期聲道的路徑及長度，有可能會將聲波分散，大部分的聲波傳送不到流體會降低其性能，因此在選擇管段的時候要避免此類現(xiàn)象。

4 結(jié)語

流量是超聲波流量計在能源檢測中的重要參數(shù)，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，儀表更加具備高精度、高可靠性和高智能化，因此超聲波流量計在能源檢測方面發(fā)揮著越來越重要的作用。在能源檢測中，要正確的把握超聲波流量計的工作原理和選型應(yīng)用，才能夠更好的了解到超聲波流量計，更好的去應(yīng)用它，為能源監(jiān)測提供科學(xué)性、精準(zhǔn)性的數(shù)據(jù)，更好的發(fā)揮其能源檢測的工作。經(jīng)過研究和一些設(shè)計，流量計性能更加優(yōu)越，準(zhǔn)確度更高，現(xiàn)場操作使用也較為方便。它的應(yīng)用能夠提高檢定的工作效率，解決了超聲波流量計現(xiàn)場檢測問題，給企業(yè)帶來了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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