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    便攜式超聲波流量計用于現場管道流量測量的解析

    發表時間:2015-11-02   點擊次數:611 技術维持:1560-1403-222
      現在流行的便攜式超聲流量計使用方便靈活,一般適用于測量大口徑管道的流量,然而現場應用的實際測量精度,常因工作疏忽,換能器安裝距離及流通面積等 測量的誤差而酿成精度下降。不正確的安裝以至會使得儀表整个不能工作。因此,儀表現場的安裝與調試對于測量是格外重要環節,本文現場使用超聲波流量計所 遇到的問題進行分析,總結出管道流量精確測量的主意。

    一、超聲波流量計的原理

    超聲流量計 使用超聲波在流動的流體中傳播時,可以載上流體流速信息的特点,通過接收和處理穿過流體的超聲波信息可能檢測出流體的速度,從而換算成流 量。它具有下列主要特點:①解決了大管徑、大流量及各類明渠、暗渠的測量困難的問題;②對介質無要求;③測量準確度不受被測流體溫度、壓力、密 度、粘度等參數的影響;④測量范圍度寬,一般可達20∶1。

    時差法[1]測量是在被測流體內由兩對超聲波發生器和接收器組成兩個通道,在順流宗旨和逆流对象發射超聲波脈沖,測量其傳播的時間差△t。
    順流方向發射超聲波脈沖的傳播時間為
    001

    逆流对象發射超聲波脈沖的傳播時間為
    002

    个中:L—超聲波發射器到接收器之間的距離,稱聲程;c—被測流體靜止時的超聲波傳播速度;u—被測流體的速度。

    在順流和逆流情況下超聲波的傳播時間差為
    003

    因为超聲波傳播速率c遠流體流速u,認為c2-u2≈c2,故
    004


    005

    由上式可見:當超聲波在靜止流體中的傳播速率可認為常數時,流體流速與時間差△t成正比,測量△t得到流速,進而求得流量。

        二、超聲波流量計的安裝與調試
    一般,超聲波流量計的安裝應從以下幾個方面考慮:①詳細了解現場情況;②確定安裝方式;③選擇安裝管段;④計算安裝距離,確定探頭地方;⑤管道外貌處理;⑥探頭安裝及接線;⑦用示波器觀察接收波形,微調并固定探頭。
    2.1 換能器[2]的安裝
    (1)正確選擇安裝地點
    一般,當管道內徑為D時上游直管段應大于10D,下游5D。當上游有泵、閥門等阻力件時,直管段長度至少應有30~50D,有時要求高,如距泵房要求70~100m。當选拔雙聲道或多聲道測量時,表前直管段不妨有明顯縮短。
    区别形势阻流件應配置的直管段列于表一所示。

    (2)正確選擇安裝方式[3]
    當流體平行于管軸流動時,通常可用圖一中的透過法安裝能獲得較好的精度。但當流體流動宗旨與管軸不平行,存在半徑宗旨的速率成分時,應选择圖一中的反射法或者拔取2V法安裝。對于配置好的流體管道,是測量大口徑管道流量時,由于上游流動狀態的干擾而易于形成測量誤差的場合,合適的步骤是增加測量線,即增加超聲波的傳播路徑,更多的接受傳播路徑中的流速信息,進行均匀,以抵消流體擾動变成的測量誤差。添补測量線時,換能器的安裝應使超聲波傳播途徑均勻的置于流通截面上。一般認為有四條測量線足夠了。
    (3)確定安裝距離
    換能器的安裝應根據具體的測量方式依據說明書上的步驟進行,各種測量方式下的安裝步驟略有不同,但其原理相似。下面以普遍應用的透過法的換能器安裝為例,說明換能器的安裝距離的確定主意。
    一對換能器的安裝有個基本原則,稱為距離法[4]:就是發射換能器與接收換能器應在管道的半圓等分線上,并根據實際的管道內徑,壁厚及被測流體的性質,參數等核算,確定兩換能器之間的軸間距離h,保證安裝時h值的準確。其計算公式:
    h=2δ tanθ2+D tanθ3
    个中:δ—管壁厚;D—管內徑;θ2—聲波進入管壁中角度;θ3—聲波進入流體中角度
    目前的 超聲流量計 顯示儀表一般有計算安裝距離的功能,只要將管道材料、管徑、壁厚、等管道參數,流量計能計量出安裝距離h,然后用上述的距離法確定安裝地点。
    上述距離法只能用于管道條件較好的場合。當管道條 件欠好時,如因为利用時間太長,結垢嚴重,不知結垢正確選擇安裝地點實際厚度,這時很難確定安裝距離h,對于這種情況,可选择渡越時間法[5]安裝換能器。




    圖1 換能器的安裝

    *顯示儀表的靈敏度旋鈕到中間地点,然后按要求將一只換能器固定在管道的一側,將另一只換能器涂上黃油在管道的另一側沿上,下,左,右宗旨移動,觀察顯示儀表的循環顯示燈或數字,當循環顯示燈亮了或有數字顯示,微動換能器,觀察渡越時間,當渡越時間靠近所給定的數值時,停止移動換能器,此時若渡越時間的前四位數穩定時,說明換能器安裝好。換能器固定好,儀表不妨工作了。
    2.2 顯示儀表的安裝
    (1)顯示儀表的安裝地點
    顯示儀表的安裝地點應選擇振動沖擊很小的地点,注意避免電磁場的影響,儀表電源應避免引起電壓波動,使用環境溫度亦應在說明書中的范圍之內,除特殊密封儀表外,應安裝在無腐蝕性的環境中。
    (2)連線長度
    儀表與換能器之間的連線應用樊篱線,連線按說明書要求,一般不超過500m,但在發電廠,因为干擾較大,連線一般不超過100m。
    三、 實際案例與經驗總結
    為了找出影響超聲波流量計精度的成分,在測量淮安東南鋼鐵廠排水系統管道流量的時候,進行了現場的試驗。總結了一下幾點經驗。
    要有足夠長的表前直管段長度。
    管道幾何尺寸精確,管內結垢不能厚。由流量與管徑的關系可知,管徑每存在1%的誤差,就會產生3%的流量測量誤差。于是,运用超聲波流量計時,將壁厚測量精確。
    管道結垢,不光形成管徑誤差,會使聲波發生散射,降低超聲波流量計的測量精度。結垢過厚時,儀表不能工作。表2為管道結垢對流量測量的影響計算表。
    對于有的管道結垢格外嚴重,可能先把換能器拿下來,用手錘敲敲安裝換能器的部位,水垢收到震動后會局部掉落下來,再把換能器安裝在管道上測試,倘使還不成,只有建議單位測量段管道為不銹鋼管道。

    在儀表的上游的管道上設置排氣閥
    輸水管道中有空氣是普遍存在的問題,源水管道中氣體含量大。管道中的氣體占據管道有效截面積,使流量測量產生誤差。假设管道中氣體過多,會使超聲波發生散射而使儀表不能工作。因此,在儀表上游安裝排氣閥是的。
    排氣閥的处所應安裝在儀表上游30D以上處,每隔時間應排氣一次。在東南鋼鐵廠DN600和DN900兩管道做試驗發現,在沒有安裝排氣閥時,流量計約多計水量9%~10%。
    (4)管道中的流體沒有充滿管道
    當換能器在管道上安裝好后,流量計接收的強度信號在熒幕上沒有顯示,而其他預顯步骤正常時,說明管道中流體沒有充滿管道。
    四、本文結語
    通過對基本原理的了解和現場試驗的經驗總結,再次對東南鋼鐵廠的排水系統測量流量,通過與已校準的在線流量計的對比,發現當考慮了以上干擾精度的因素和采用合適的安裝方法后,測量精度由*先次的±1.67%提高到±0.81%,滿足了測試精度的要求。 (本文由 潤中儀表科技有限公司 整理發布)
    文章鏈接:中國儀表網 https://www.ybzhan.cn/Tech_news/Detail/98956.html便攜式超聲波流量計現場管道流量測量與分析

    2013年08月15日 15:59 來源: 李超 蘇小光
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    現在流行的便攜式超聲流量計使用方便靈活,一般適用于測量大口徑管道的流量,然而現場應用的實際測量精度,常因工作疏忽,換能器安裝距離及流通面積等 測量的誤差而酿成精度下降。不正確的安裝以至會使得儀表整个不能工作。因此,儀表現場的安裝與調試對于測量是格外重要環節,本文現場使用超聲波流量計所 遇到的問題進行分析,總結出管道流量精確測量的主意。

    1超聲波流量計的原理

    超聲流量計使用超聲波在流動的流體中傳播時,可以載上流體流速信息的特征,通過接收和處理穿過流體的超聲波信息可以檢測出流體的速度,從而換算成流 量。它具有下列主要特點:①解決了大管徑、大流量及各類明渠、暗渠的測量困難的問題;②對介質幾乎無要求;③測量準確度不受被測流體溫度、壓力、密 度、粘度等參數的影響;④測量范圍度寬,一般可達20∶1。

    時差法[1]測量是在被測流體內由兩對超聲波發生器和接收器組成兩個通道,在順流宗旨和逆流对象發射超聲波脈沖,測量其傳播的時間差△t。

    順流方向發射超聲波脈沖的傳播時間為

    逆流对象發射超聲波脈沖的傳播時間為

    个中:L—超聲波發射器到接收器之間的距離,稱聲程;c—被測流體靜止時的超聲波傳播速度;u—被測流體的速度。

    在順流和逆流情況下超聲波的傳播時間差為

    因为超聲波傳播速率c遠流體流速u,認為c2-u2≈c2,故



    由上式可見:當超聲波在靜止流體中的傳播速率可認為常數時,流體流速與時間差△t成正比,測量△t得到流速,進而求得流量。

    2超聲波流量計的安裝與調試

    一般,超聲波流量計的安裝應從以下幾個方面考慮:①詳細了解現場情況;②確定安裝方式;③選擇安裝管段;④計算安裝距離,確定探頭地方;⑤管道外貌處理;⑥探頭安裝及接線;⑦用示波器觀察接收波形,微調并固定探頭。

    2.1換能器[2]的安裝

    (1)正確選擇安裝地點

    一般,當管道內徑為D時上游直管段應大于10D,下游5D。當上游有泵、閥門等阻力件時,直管段長度至少應有30~50D,有時要求高,如距泵房要求70~100m。當选拔雙聲道或多聲道測量時,表前直管段不妨有明顯縮短。

    区别形势阻流件應配置的直管段列于表一所示。

    (2)正確選擇安裝方式[3]

    當流體平行于管軸流動時,通常可用圖一中的透過法安裝能獲得較好的精度。但當流體流動宗旨與管軸不平行,存在半徑对象的速度因素時,應拔取圖 1中的反射法或者拔取2V法安裝。對于已配置好的流體管道,是測量大口徑管道流量時,由于上游流動狀態的干擾而易于酿成測量誤差的場合, 合適的步伐是补充測量線,即添加超聲波的傳播路徑,的接受傳播路徑中的流速信息,進行平均,以抵消流體擾動酿成的測量誤差。增加測量線時,換能器的安 裝應使超聲波傳播途徑均勻的置于流通截面上。一般認為有四條測量線足夠了。

    (3)確定安裝距離

    換能器的安裝應根據具體的測量方式依據說明書上的步驟進行,各種測量方式下的安裝步驟略有不同,但其原理相似。下面以普遍應用的透過法的換能器安裝為例,說明換能器的安裝距離的確定主意。

    一對換能器的安裝有個基本原則,稱為距離法[4]:就是發射換能器與接收換能器應在管道的半圓等分線上,并根據實際的管道內徑,壁厚及被測流體的性質,參數等核算,確定兩換能器之間的軸間距離h,保證安裝時h值的準確。其計算公式:

    h=2δtanθ2+Dtanθ3

    个中:δ—管壁厚;D—管內徑;θ2—聲波進入管壁中角度;θ3—聲波進入流體中角度

    目前的超聲流量計顯示儀表一般有計算安裝距離的功能,只要將管道资料、管徑、壁厚、等管道參數,流量計能計量出安裝距離h,然后用上述的距離法確定安裝场所。

    上述距離法只能用于管道條件較好的場合。當管道條件不好時,如由于利用時間太長,結垢嚴重,不知結垢正確選擇安裝地點實際厚度,這時難確定安裝距離h,對于這種情況,可选择渡越時間法[5]安裝換能器。

    圖1換能器的安裝

    *顯示儀表的靈敏度旋鈕到中間场所,然后按要求將一只換能器固定在管道的一側,將另一只換能器涂上黃油在管道的另一側沿上,下,左,右目标移動, 觀察顯示儀表的循環顯示燈或數字,當循環顯示燈亮了或有數字顯示,微動換能器,觀察渡越時間,當渡越時間接近所給定的數值時,停止移動換能器,此時若渡 間的前四位數穩定時,說明換能器已安裝好。換能器固定好,儀表不妨正常工作了。

    2.2顯示儀表的安裝

    (1)顯示儀表的安裝地點

    顯示儀表的安裝地點應選擇振動沖擊很小的地点,注意避免電磁場的影響,儀表電源應避免引起電壓波動,使用環境溫度亦應在說明書中的范圍之內,除特殊密封儀表外,應安裝在無腐蝕性的環境中。

    (2)連線長度

    儀表與換能器之間的連線應用樊篱線,連線按說明書要求,一般不超過500m,但在發電廠,因为干擾較大,連線一般不超過100m。

    3實際案例與經驗總結

    為了找出影響超聲波流量計精度的成分,在測量淮安東南鋼鐵廠排水系統管道流量的時候,進行了現場的試驗。總結了一下幾點經驗。

    要有足夠長的表前直管段長度。

    管道幾何尺寸精確,管內結垢不能厚。由流量與管徑的關系可知,管徑每存在1%的誤差,就會產生3%的流量測量誤差。于是,运用超聲波流量計時,將壁厚測量精確。

    管道結垢,不光形成管徑誤差,會使聲波發生散射,降低超聲波流量計的測量精度。結垢過厚時,儀表不能工作。表2為管道結垢對流量測量的影響計算表。

    對于有的管道結垢格外嚴重,可能先把換能器拿下來,用手錘敲敲安裝換能器的部位,水垢收到震動后會局部掉落下來,再把換能器安裝在管道上測試,倘使還不成,只有建議單位測量段管道為不銹鋼管道。

    在儀表的上游的管道上設置排氣閥

    輸水管道中有空氣是普遍存在的問題,源水管道中氣體含量大。管道中的氣體占據管道有效截面積,使流量測量產生誤差。假设管道中氣體過多,會使超聲波發生散射而使儀表不能工作。因此,在儀表上游安裝排氣閥是的。

    排氣閥的处所應安裝在儀表上游30D以上處,每隔時間應排氣一次。在東南鋼鐵廠DN600和DN900兩管道做試驗發現,在沒有安裝排氣閥時,流量計約多計水量9%~10%。

    (4)管道中的流體沒有充滿管道

    當換能器在管道上安裝好后,流量計接收的強度信號在熒幕上沒有顯示,而其他預顯步骤正常時,說明管道中流體沒有充滿管道。

    4結束語

    通過對基本原理的了解和現場試驗的經驗總結,對東南鋼鐵廠的排水系統測量流量,通過與校準的在線流量計的對比,發現當考慮了以上干擾精度的因素和采取合適的安裝想法后,測量精度由*的±1.67%提高到±0.81%,滿足了測試精度的要求。
    文章鏈接:中國儀表網 https://www.ybzhan.cn/Tech_news/Detail/98956.html

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