聲波流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)以及注意事項(xiàng)
外夾式或者管段式聲波流量儀表是以"速度差法"為原理，測量圓管內(nèi)液體流量的儀表。它采用了的多脈沖術(shù)、信號(hào)數(shù)字化處理術(shù)及糾錯(cuò)術(shù)，使流量儀表更能適應(yīng)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)到內(nèi)外水平，可廣泛應(yīng)用于石油、化、冶金、電力、給排水等域。
聲波流量計(jì)是通過檢測流體流動(dòng)對聲束(或聲脈沖)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。
聲流量計(jì)和聲波流量計(jì)樣，因儀表流通通道未設(shè)置何阻礙件，均屬無阻礙流量計(jì)，是適于解決流量測量困難問題的類流量計(jì)，別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，它是發(fā)展迅速的類流量計(jì)之。
聲波流量計(jì)采用時(shí)差式測量原理:個(gè)探頭發(fā)射信號(hào)穿過管壁、介質(zhì)、另側(cè)管壁后，被另個(gè)探頭接收到，同時(shí)，二個(gè)探頭同樣發(fā)射信號(hào)被個(gè)探頭接收到，由于受到介質(zhì)流速的影響，二者存在時(shí)間差Δt，根據(jù)推算可以得出流速V和時(shí)間差Δt之間的換算關(guān)系V=(C2/2L)×Δt，而可以得到流量值Q
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
聲波流量計(jì)是種非接觸式儀表，它既可以測量大管徑的介質(zhì)流量也可以用于不易接觸和觀察的介質(zhì)的測量。它的測量準(zhǔn)確度很，幾乎不受被測介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決其它儀表不能的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易介質(zhì)的流量測量問題。
缺點(diǎn)
現(xiàn)今所存在的缺點(diǎn)主要是可測流體的溫度范圍受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，以及溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不。目前我只能用于測量200℃以下的流體。另外，聲波流量計(jì)的測量線路比般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)?，般業(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.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，因此須有善的測量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是聲波流量計(jì)只有在集成電路術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。
聲波流量計(jì)由聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三分組成。聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測和顯示。
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)生聲波振勸。聲波以某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)。
聲波流量計(jì)換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動(dòng)。薄片直徑過厚度的10倍，以保證振動(dòng)的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構(gòu)成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度、耐老化，而且要求聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是有機(jī)玻璃，因?yàn)樗该?，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。
點(diǎn)能
點(diǎn)
◆的信號(hào)數(shù)字化處理術(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)件不容易損壞，免維護(hù)，壽命長。
◆電路更優(yōu)化、集成度、耗低、可靠性。
◆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，供您意選擇。
◆管段式小管徑測量經(jīng)濟(jì)又方便，測量度。
注意事項(xiàng)
聲波流量計(jì)正確選型才能保證聲波流量計(jì)更好的使用。選用什么種類的聲波流量計(jì)應(yīng)根據(jù)被測流體介質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來決定?使聲波流量計(jì)的通徑、流量范圍、襯里材料、電材料和輸出電流等?都能適應(yīng)被測流體的性質(zhì)和流量測量的要求。
1、密能檢查
度等和能根據(jù)測量要求和使用場合選擇儀表 度等，做到經(jīng)濟(jì)合算。比如用于貿(mào)易結(jié)算、產(chǎn)品交接和能源計(jì)量的場合，應(yīng)該選擇度等些，如1.0、0.5，或者更等; 用于過程控制的場合，根據(jù)控制要求選擇不 同度等;有些僅僅是檢測下過程流量，無需做控制和計(jì)量的場合，可以選擇度等稍低的，如1.5、2.5，甚至 4.0，這時(shí)可以選用價(jià)格低廉的插入式聲波流量計(jì)。
2、可測量的介質(zhì)
測量介質(zhì)流速、儀表量程與口徑 測量般的介質(zhì)時(shí)，聲波流量計(jì)的滿度 流量可以在測量介質(zhì)流速0.5-12m/s范圍內(nèi) 選用，范圍寬。選擇儀表規(guī)格(口徑)不 定與藝管道相同，應(yīng)視測量流量范圍是否 在流速范圍內(nèi)確定，即當(dāng)管道流速偏低，不能滿足流量儀表要求時(shí)或者在此流速下測量準(zhǔn) 確度不能保證時(shí)，需要縮小儀表口徑，從而提 管內(nèi)流速，得到滿意測量結(jié)果
測量原理
當(dāng)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)射聲波時(shí)，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，而可求出流量Q。利用這個(gè)原理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
聲波流量計(jì)
聲波流量計(jì)
。
相差法
如果聲波發(fā)射器發(fā)射連續(xù)聲脈沖或周期較長的脈沖列，則在順流和逆流發(fā)射時(shí)所接收到的信號(hào)之間便要產(chǎn)生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc
式中，w為聲波角頻率。當(dāng)測得▽O時(shí)即可求出u,而求得流量Q。此法用測量相位差▽O代替了測量微小的時(shí)差▽t，有利于提測量度。但存在者聲速c對測量結(jié)果的影響。
折疊頻差法
為了消除聲速c的影響，常采用頻差法。由前可知，上、下游接收器接受到的聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f=[(c+u)/L]-[(c-u)/L]=2u/L
由此可知，只要測得▽f就可求得流量Q，并且此法與聲速無關(guān)。聲波術(shù)及其應(yīng)用、沒測量水位概況
水電站多采用浮子式液位計(jì)或投入式液位計(jì)來行水位測量。其缺點(diǎn)為:測量度低，不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)浮子卡死不動(dòng)和傳感器堵塞導(dǎo)致測不準(zhǔn);維護(hù)作量大，安裝、調(diào)試不便，采集到的僅是模擬告警信號(hào)，不能直接入電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。對無人值班電廠不實(shí)用。
通過對攔污柵水位測量系統(tǒng)行了反復(fù)對比，優(yōu)化得出后的方案設(shè)計(jì)，采用聲波液位計(jì)對柵前、柵后水位行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測，聲波液位計(jì)用PLC對采集量行處理。并且把實(shí)時(shí)水位和壓差數(shù)據(jù)送到中控室，聲波液位計(jì)顯示和越限報(bào)警。聲波液位計(jì)同時(shí)采用RS422/RS232接口，又把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送到大壩集中控制室控機(jī)，處理成計(jì)算機(jī)通信報(bào)文，終將采集量送到電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。
該項(xiàng)目實(shí)施后不僅滿足欄污柵柵前、柵后水位及壓差的多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，及報(bào)警能，而且結(jié)束了攔污柵測量系統(tǒng)立作，無法與電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊的局面。實(shí)現(xiàn)與閘門系統(tǒng)的監(jiān)視能、控制能以及故障時(shí)ON-CALL尋呼系統(tǒng)能的集成。滿足了無人值班電站的需要。該術(shù)在云南省電力系統(tǒng)還是家。
聲波液位計(jì)作時(shí)，頻脈沖聲波由換能器(探頭)發(fā)出，遇被測物體(水面)表面被反射，折回的反射回波被同換能器(探頭)接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。脈沖發(fā)送和接收之間的時(shí)間(聲波的運(yùn)動(dòng)時(shí)間)與換能器到物體表面的距離成正比，聲波傳輸?shù)木嚯xS與聲速C和傳輸時(shí)間T之間的關(guān)系可以用公式表示:S= CⅩT/2
例如:聲速C=344m/s，傳輸時(shí)間為50ms，即可算出傳輸?shù)木嚯x為17.2m，測定距離為8.6m。
三.可編程聲波式攔污柵水位測量系統(tǒng)在田壩電站應(yīng)用產(chǎn)生的效果
用聲波液位計(jì)測量大壩水位在當(dāng)今內(nèi)尚不普遍，術(shù)上尚無經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。在這樣的情況下，我們充分利用PLC與聲波液位計(jì)這域的術(shù)，按照總體規(guī)劃，長遠(yuǎn)考慮，次到位，避免重復(fù)改，重復(fù)投資的這原則，對該項(xiàng)目行自行設(shè)計(jì)，面順利地成了這課題。在該域取得了較有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。為目前我內(nèi)水電站實(shí)現(xiàn)對大壩水位監(jiān)測系統(tǒng)提供了個(gè)可以借鑒的范例。
原理
聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過接收到的聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。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)法等不型的聲波流量計(jì)。聲波流量計(jì)是近十幾年來隨著集成電路術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的種
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(dòng)可行敞開水流的流量測量。使用聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會(huì)改變流體的流動(dòng)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)行因而是種理想的節(jié)能型流量計(jì)。
眾所周知，業(yè)流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因?yàn)榘懔髁坑?jì)隨著測量管徑的增大會(huì)帶來制和運(yùn)輸上的困難，價(jià)提、能損加大、安裝不僅這些缺點(diǎn)，聲波流量計(jì)均可避免。因?yàn)楦黝惵暡髁坑?jì)均可管外安裝、非接觸測流，儀表價(jià)基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計(jì)隨著口徑增加，價(jià)大幅度增加，故口徑越大聲波流量計(jì)比相同能其它類型流量計(jì)的能價(jià)格比越優(yōu)越。被認(rèn)為是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法聲波流量計(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，用便攜式聲波流量計(jì)測量水輪機(jī)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。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。
另外，聲測量儀表的流量測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易介質(zhì)的流量測量問題。另外，鑒于非接觸測量點(diǎn)，再配以合理的電子線路，臺(tái)儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量。聲波流量計(jì)的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。聲波流量計(jì)具有上述些優(yōu)點(diǎn)因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、溫型、防型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場合和不同管道條件的流量測量
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