淺析多通道超聲波流量計的測量原理及安裝要求

　　超聲波流量計用于流體的流量測量已經(jīng)逐漸在測量領(lǐng)域流行起來，與傳統(tǒng)的流量儀表相比其計量精度更高，對各種管徑的適應性更強、無無須接觸介質(zhì)、方便使用、方便維護、因其具有強大的通訊能力，更易于進行數(shù)字化的管理。近幾年，伴隨著電子科技的進步與電子元器件產(chǎn)品生產(chǎn)成本與采購成本的進一步下降，讓超聲波流量計的生產(chǎn)制造成本也大大降低，以前昂貴的超聲波流量計已走入普通儀表采購領(lǐng)域中。超聲波流量計的測量有單聲道與多聲道之分，單聲道超聲波流量計價格更經(jīng)濟主，能夠適應絕大部分的測量要求，但對于一些高端的測量要求則有點力不從心了。因此如何通過多通道來增強測量的精度和更多的適應性則應運而生，已成為近年來流量測量的一個研究熱點，許多流量計都在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上向多通道測量改進，采用多通道測量有以下兩個原因：延長聲程和確定截面流速分布。本文對于多通道測量技術(shù)的測量原理和安裝要求作簡要分析。
　　1、多通道測量超聲波流量計測量原理
　　1.1時差法超聲波流量計測量原理
　　當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時間的變化正比于液體的流速。。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。其原理圖如圖1所示：
　　常用單聲道的時差法超聲波流量計是以超聲波的時間差方法為基礎(chǔ)。利用超聲波脈沖在通過液體順逆兩方向上傳播速度之差，來求圓管內(nèi)液體的流量，其關(guān)系表達式如下：
　　通過時間指標：
　　與系數(shù)Kh相乘，得到體積流量：
　　1.2以確定截面流速分布為目的的多通道測量
　　流體的流態(tài)可以分為層流和紊流兩種，而單聲道測量求出的是聲路上的平均線速度，為了求出流量，僅知道這個平均速度是不夠的，必須知道流速在橫截面上的分布曲線，為此可以在管壁上安裝多對換能器，每對換能器聲束所在平面與管道軸線相互平行，且每對換能器的測量原理和前面所述的單通道基本相同，利用每個聲道測得的數(shù)據(jù)近似求出橫截面上的分布曲線，進而求出平均面速度和流量。如圖2所示是一個3聲道測量的例子：
　　1.3延長聲程和確定流速分布相結(jié)合的多通道測量
　　以2聲道測量為例子，其聲道從管道截面和側(cè)面上看如圖3所示：
　　圖中的4個超聲波探頭都安裝在過軸線的同一個平面上，管道同側(cè)的2個探頭一個方向向上一個向下，每一路超聲波都是經(jīng)過管壁的的兩次反射回到同側(cè)的探頭，這樣不僅可以延長聲程，而且可以得到兩個聲道測量的平均值，使測量更準確，為了更精確地確定流速分布，還可以采用4聲道5聲道等。
　　目前已經(jīng)投入應用的多通道超聲波流量計中，以確定截面流速分布為目的的多通道測量的通道數(shù)量大可達到9個，再加上精確的數(shù)學分析，如插值法等，其測量精度可以達到≤±0.1～0.2% 。
　　2、超聲波流量計安裝建議
　　超聲波流量計的一般安裝條件應該滿足某幾個原則，即保證設(shè)備的可靠性，精確性，可重復性和長期的穩(wěn)定性。管線內(nèi)的氣體或固體被限制到小以避免流量計產(chǎn)生錯誤。事實上，氣泡或者固體顆粒影響超聲波在管道中傳輸，儀表會產(chǎn)生不可靠的數(shù)據(jù)。由于管線比較長，壓力損失幾乎不存在，不會產(chǎn)生憋壓現(xiàn)象，氣相的轉(zhuǎn)換也可以避免。
　　2.1安裝環(huán)境的要求
　　2.1.1環(huán)境溫度：高寒、高熱環(huán)境既有可能縮短儀表的使用壽命，更有可能損害儀表的測量性能，因此，任何測量儀表都會對外界環(huán)境溫度的適應能力做出自身的具體規(guī)定。在某些特殊情況下（比如，被測介質(zhì)與外界環(huán)境之間的溫差較大并且測試流量較低），為預防外界環(huán)境溫度對測量結(jié)果造成的附加影響，建議對儀表及其上下游的測量管加裝遮雨防曬設(shè)施或者采取必要的隔熱保溫措施。
　　2.1.2振動：超聲波流量計雖然在出廠前都經(jīng)過了嚴格的機械振動試驗，但是作為一種精密的測量儀表，如果長期在靠近振動源或具有振動的環(huán)境中使用，其測量性能及壽命都有可能受到嚴重的影響。因此，**的方法就是遠離或消除振動。
　　2.1.3電氣噪聲：超聲波流量計作為一種以微電技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度測量設(shè)備，雖然其本身具有一定的抗外界電磁和電子干擾的能力，但是安裝現(xiàn)場往往復雜多變，如果不對使用環(huán)境中的“電氣噪聲”提出要求，那么在設(shè)計和安裝時就有可能由于疏忽將其置于電磁場合電子干擾環(huán)境之中，比如變壓器或固定的無線通訊場所附近，儀表測量的準確性及工作的可靠性就因此可能受到影響。
　　2.2安裝管段的要求
　　2.2.1上游收斂； 2.2.2上游單束； 2.2.3上游分散。
　　2.3安裝注意事項
　　在管道上安裝設(shè)備時，應核對：
　　a.流量計上游是否清潔 b.法蘭和接口是否一致
　　c.法蘭的緊固是否對上下游的管線產(chǎn)生過多的影響
　　d.電氣連接位置是否妥當 e.防爆保護滿足需求
　　f.如安裝在危險區(qū)域，電源和儀表電纜應該滿足電氣規(guī)范。
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