超聲波流量計(jì)是基于超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計(jì)的。它也是由測流速來反映流量大小的。超聲波流量計(jì)雖然在70年代才出現(xiàn),但由于它可以制成非接觸型式,并可與超聲波水位計(jì)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行開口流量測量,對流體又不產(chǎn)生擾動(dòng)和阻力,所以很受歡。
超聲波流量計(jì)按測量原理分可分為時(shí)差式和多普勒式
利用時(shí)差式原理制造的時(shí)差式超聲流量計(jì)近年來得到廣泛的關(guān)注和使用,是目前企事業(yè)使用多的一種超聲波流量計(jì)。
利用多普勒效應(yīng)制造的超聲多普勒流量計(jì)多用于測量介質(zhì)有一定的懸浮顆?;驓馀萁橘|(zhì),使用有一定的局限性,但卻解決了時(shí)差式超聲波流量計(jì)只能測量單一清澈流體的問題,也被認(rèn)為是非接觸測量雙相流的理想儀表。
優(yōu)點(diǎn):
?。?)超聲波流量計(jì)是一種非接觸式測量儀表,可用來測量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量。它不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài),不會(huì)產(chǎn)生壓力損失,且便于安裝。
?。?)可以測量強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)的流量。
(3)超聲波流量計(jì)的測量范圍大,管徑范圍從20mm~5m.
(4)超聲波流量計(jì)可以測量各種液體和污水流量。
(5)超聲波流量計(jì)測量的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、粘度及密度等熱物性參數(shù)的影響??梢宰龀晒潭ㄊ胶捅銛y式兩種形式。
缺點(diǎn):
?。?)超聲波流量計(jì)的溫度測量范圍不高,一般只能測量溫度低于200℃的流體。
(2)抗干擾能力差。易受氣泡、結(jié)垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。
?。?)直管段要求嚴(yán)格,為前20D,后5D。否則離散性差,測量精度低。
(4)安裝的不確定性,會(huì)給流量測量帶來較大誤差。
(5)測量管道因結(jié)垢,會(huì)嚴(yán)重影響測量準(zhǔn)確度,帶來顯著的測量誤差,甚至在嚴(yán)重時(shí)儀表無流量顯示
?。?)可靠性、精度等級不高(一般為1.5~2.5級左右),重復(fù)性差。
?。?)使用壽命短(一般精度只能保證一年)。
?。?)超聲波流量計(jì)是通過測量流體速度來確定體積流量,對液體應(yīng)該測量它的質(zhì)量流量,儀表測量質(zhì)量流量是通過體積流量乘以人為設(shè)定的密度后得到的,當(dāng)流體溫度變化時(shí),流體密度是變化的,人為設(shè)定密度值,不能保證質(zhì)量流量的準(zhǔn)確度。只能在測量流體速度的同時(shí),又測量了流體密度,才能通過運(yùn)算,得到真實(shí)質(zhì)量流量值。
超聲波流量計(jì)具有高精確度、無阻礙測量以及較低的總體擁有成本等優(yōu)點(diǎn),正在快速發(fā)展成為流量測量領(lǐng)域,尤其是計(jì)量碳?xì)浠衔锏模⒃谑秃吞烊粴忸I(lǐng)域得到普及。超聲波流量計(jì)是一種使用十分方便的流量儀表,特別是在大口徑管線上,便攜式超聲波流量計(jì)可以將探頭安裝在管道外表面,實(shí)現(xiàn)不斷流、不破壞原有管線測量流量,因此受到廣大用戶的歡迎。
1.優(yōu)點(diǎn)
(1)外夾式超聲波流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)非接觸測流量,即使是插入式或內(nèi)貼式超聲波流量計(jì),其壓損也幾乎為零,其測流量的方便性與經(jīng)濟(jì)性是較好的。
(2)超聲波流量計(jì)水、氣、油各種介質(zhì)都可以測量,其應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣闊。
(3)超聲波流量計(jì)的制造成本幾乎和口徑無關(guān),在大口徑流量計(jì)量場合有著價(jià)格合理、安裝使用方便的綜合競爭優(yōu)勢。
?。?)便攜式超聲波流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)流量計(jì)在各種管徑、各種材質(zhì)的管線上測流量,是作為標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行在線校準(zhǔn)、比對或期間核查的流量計(jì)類型。
(5)超聲波流量計(jì)具有其測流原理基于長度與時(shí)間兩個(gè)基本物理量的溯源方便性,可以預(yù)見它必將超越其他原理的流量計(jì)成為流量標(biāo)準(zhǔn)甚至是流量基準(zhǔn)的載體。
?。?)超聲波流量計(jì)運(yùn)行能耗極小,可方便地實(shí)現(xiàn)長年電池供電,加之先進(jìn)的智能化主機(jī)可方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)無線通信,其應(yīng)用前景更加廣闊。
2.缺點(diǎn)
?。?)超聲波流量計(jì)目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能器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。
?。?)抗干擾能力差,易受氣泡、結(jié)垢、泵、等超聲雜音的影響,導(dǎo)致精度變差。如果出現(xiàn)以上的情況,輕則精度變差,重則儀表不顯示。
?。?)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最大也是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,因此必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。
?。?)安裝存在未知性,不正確的安裝方式,會(huì)影響測量的精度。
?。?)使用壽命短,一般精度只能保證2年。
超聲波流量計(jì)是經(jīng)過檢查流體活動(dòng)對超聲束(或超聲脈沖)的作用以丈量流量的外表。依據(jù)對信號(hào)檢查的原理超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、相互關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等范疇。
注意事項(xiàng):
1.安裝時(shí)必須把欲安裝傳感器的管道區(qū)域清理干凈,使之露出金屬的原有光澤;
2.超聲波信號(hào)電纜的屏蔽線可懸空不接,不要與正、負(fù)極(紅、藍(lán)線)短路;
3.傳感器接好后必須用密封膠(耦合劑)注滿,以防進(jìn)水;
4.傳感器注滿密封膠蓋好蓋后,必須將傳感器屏蔽線攬進(jìn)線孔擰好鎖緊,以防進(jìn)水;
5.捆綁傳感器時(shí)應(yīng)將夾具(不銹鋼帶)固定在傳感器的中心部分,使之受力均勻,不易滑動(dòng);
6.傳感器與管道的接觸部分四周要涂滿足夠的耦合劑,以防空氣、沙塵或銹跡進(jìn)入,影響超聲波信號(hào)傳輸。