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超聲波流量計(jì)測量原理及其優(yōu)缺點(diǎn)介紹

管段式超聲波流量儀表引是以“速度差法”為原理，測量圓管內(nèi)液體流量的儀表。它采用了先進(jìn)的多脈沖技術(shù)、信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)及糾錯(cuò)技術(shù)，使流量儀表更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，計(jì)量更方便、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確。產(chǎn)品達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領(lǐng)域。

超聲波流量計(jì)介紹

定義

超聲波流量計(jì)是通過檢測流體流動(dòng)對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。

原理

根據(jù)對信號(hào)檢測的原理超聲流量計(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、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。

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),是適于解決流量測量困難問題的一類流量計(jì),特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn),近年來它是發(fā)展迅速的一類流量計(jì)之一。

超聲波流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):

(1)可做非接觸式測量；

(2)為無流動(dòng)阻撓測量,無壓力損失；

(3)可測量非導(dǎo)電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計(jì)是一種補(bǔ)充；

(4)除帶測量管段式外,一般不需要作實(shí)流校驗(yàn)；

(5)原理上不受管徑限制,其造價(jià)基本與管徑無關(guān)。

缺點(diǎn):

(1)傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體;而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;

(2)多普勒法測量精度不高。

產(chǎn)品特點(diǎn)

特點(diǎn)

◆獨(dú)特的信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)，使儀表測量信號(hào)更穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、計(jì)量更準(zhǔn)確。

◆無機(jī)械傳動(dòng)部件不容易損壞，免維護(hù)，壽命長。

◆電路更優(yōu)化、集成度高、功耗低、可靠性高。

◆智能化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，人機(jī)界面友好、多種二次信號(hào)輸出，供您任意選擇。

◆管段式小管徑測量經(jīng)濟(jì)又方便，測量精度高；手持式超聲波流量計(jì)F601/G601的技術(shù)參數(shù)下：測量測量原理:時(shí)差相關(guān)原理流速: 0.01~25 m/s分辨率: 0.025 cm/s重復(fù)性: 0.15%讀數(shù)，視應(yīng)用而定精度:(流場充分發(fā)展且 徑向?qū)ΨQ)體積流量: ± 1%讀數(shù)，視應(yīng)用而定± 0.5%讀數(shù)，經(jīng)過標(biāo)定流速: ± 0.5%讀數(shù)，視應(yīng)用而定可測介質(zhì): 所有導(dǎo)聲流體, 且氣泡或固體顆粒的體積含量<10%主機(jī)外殼重量: ~ 1.9kg；防護(hù)等級: IP65 (根據(jù)EN60529)；材質(zhì):鋁合金，粉末涂層尺寸: (226 x 213 x 59)mm (WxHx D)通道: 2危險(xiǎn)區(qū): Zone 2電源: 充電電池(6V/4Ah); 外接電源(100 ~ 240)VAC電池工作時(shí)間: >14h顯示: 2 x 16 字符, 點(diǎn)陣, 帶背光工作溫度: -10 ~ 60℃功耗: < 6W信號(hào)平均: (0 ~ 100)s, 可調(diào)測量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道)響應(yīng)時(shí)間: 1s (1通道), 70ms可選.測量功能測量量: 體積/ 質(zhì)量流量, 流速, 能量流量(需溫度輸入)累積量: 體積, 質(zhì)量,能量(可選)計(jì)算功能: 平均值, 差值, 總和工作語言: 捷克語, 丹麥語, 德語, 英語, 法語, 荷蘭語, 挪威語,波蘭語, 西班牙語數(shù)據(jù)記錄可記錄的參數(shù): 所有測量量及累積量容量: >100000條測量量通訊接口: RS232, RS485(可選)可通訊的參數(shù): 實(shí)測值, 記錄值, 參數(shù)記錄軟件: FluxData(可選)

功能

: 下載測量值/記錄, 圖形顯示, 格式轉(zhuǎn)換操作系統(tǒng): bbbbbbsTM ；過程輸出(可選)輸出與主設(shè)備電隔離輸出組數(shù)視輸出類型而定. 更多信息請洽FLEXIM電流范圍: (0/4-20) mA精度: 0.1%讀數(shù)± 15μA有源輸出: Rext < 500??無源輸出: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%讀數(shù)± 1mV0~10V: 0.1%讀數(shù)± 10mV儀表阻抗: Ri = 500??頻率范圍: 0~1kHz或0~10kHz集電極開路: 24 V/4mA開關(guān)量集電極開路: 24 V/4mA干簧繼電器: 48 V/0.1A功能,如狀態(tài)輸出: 上下限, 符號(hào)變化或出錯(cuò)脈沖輸出: 值: (0.01~1000)units寬度: (80~1000)ms過程輸入(可選)輸入與主設(shè)備電隔離, 最多4組輸入.溫度類型: Pt100, 四線制范圍: -50℃~400℃分辨率: 0.1 K精度: ± (0.02K + 0.1%讀數(shù))電流范圍: 有源: (0~20)mA無源: (-20~20)mA精度: 0.1%讀數(shù)± 10 A有源輸入: Ri = 50??無源輸入: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%讀數(shù)± 1mV0~10V: 0.1%讀數(shù)± 10mV儀表阻抗: Ri= 1M夾裝式探頭

適用口徑: DN6-DN6500適用溫度: -30 to 400℃ (適用防爆區(qū))詳見下圖. 更多資料, 請參閱相關(guān)手冊.測厚探頭(可選)測量范圍: (1.0 - 200) mm分辨率: 0.01 mm線性度: 0.1 mm標(biāo)準(zhǔn)型: -20℃ to +60℃高溫型: 0℃ to +200℃短時(shí)間可達(dá)+540℃應(yīng)用領(lǐng)域

應(yīng)用概況

1)傳播時(shí)間法應(yīng)用于清潔、單相液體和氣體。典型應(yīng)用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等;

(2)氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗(yàn);

(3)多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。

超聲波流量計(jì)的新型高性能集成元器件加上先進(jìn)的SMD貼裝器件生產(chǎn)線大規(guī)模生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的。 40皮秒(40×10E-12秒)的時(shí)間分辨率，0.5%的線性度。 低電壓多脈沖原理，保證可靠運(yùn)行。兩路0.1%精度的模擬輸入，接入溫度傳感器電流信號(hào)，即變成熱量計(jì)！實(shí)現(xiàn)中文顯示，軟件開放式設(shè)計(jì)，所有參數(shù)用戶皆可設(shè)定；硬件元件參數(shù)無關(guān)化設(shè)計(jì)，無需調(diào)整即能確保每一臺(tái)流量計(jì)具有完全相同的性能。主機(jī)機(jī)型有：便攜式、壁掛式、標(biāo)準(zhǔn)盤裝式、手持式、一體式。傳感器具有：方便安裝的外縛式、可靠工作的插入式、高可靠高精度的標(biāo)準(zhǔn)管段式、超高精度的標(biāo)準(zhǔn)型π管段式。

超聲波流量計(jì)的主要特點(diǎn)是：流體中不插入任何元件，對流速無影響，也沒有壓力損失；能用于任何液體，特別是具有高黏度、強(qiáng)腐蝕，非導(dǎo)電性等性能的液體的流量測量，也能測量氣體的流量；對于大口徑管道的流量測量，不會(huì)因管徑大而增加投資；量程比較寬，可達(dá)5：1；輸出與流量之間呈線性等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：當(dāng)被測液體中含有氣泡或有雜音時(shí)，將會(huì)影響測量精度，故要求變送器前后分別有10D和5D的直管段；此外，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

測量原理　　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，其關(guān)系符合下列表達(dá)式

其中

θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角

M 為聲束在液體的直線傳播次數(shù)

D 為管道內(nèi)徑

Tup 為聲束在正方向上的傳播時(shí)間

Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間

ΔT=Tup –Tdown

設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動(dòng)的速度為u，傳播距離為L，當(dāng)聲波與流體流動(dòng)方向一致時(shí)(即順流方向)，其傳播速度為c+u；反之，傳播速度為c-u.在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器(T1,R1)和(T2,R2)。當(dāng)T1順方向，T2逆方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波分別到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)間為t1和t2,則

t1=L/(c+u) t2=L/(c-u)

由于在工業(yè)管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時(shí)間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時(shí)，只要測出時(shí)間差▽t即可求出流速u，進(jìn)而可求出流量Q。利用這個(gè)原理進(jìn)行流量測量的方法稱為時(shí)差法。此外還可用相差法、頻差法等。

常見問題

1、超聲波流量計(jì)探頭使用一段時(shí)間，會(huì)出現(xiàn)不定期的報(bào)警。尤其是輸送介質(zhì)雜質(zhì)較多時(shí)，這種問題會(huì)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(shí)，流量計(jì)引壓管容易產(chǎn)生積液，氣溫較低時(shí)會(huì)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(huì)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。