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超声流量计

2020-04-09 21:00

利用超声在水流中的传播速度和频率随流速而异的特性来测定流量的一种仪器。

超声测流量按其测量原理分为,时差法、互相关法、多普勒法以及多普勒法与时差法并用的方法。

超声流量计属于无阻塞式仪器,它的直径一般在200~3000mm,具有量测时不搅动水流量,线性范围宽对低流速也能准确测定,在操作上通过简单的切换就能测量正逆两个方向的流量,而且不要求流体是导电的等特点。它既可用于管路,又可用于明渠,其信号传输距离可达300m。不足之处是被测流体的浊度只能在10kg/m3以下,过高会产生显著的误差。超声流量计的准确度不依流速而定,而是和管子的直径大小有关,管径大于300mm,准确度±1.0%;小于300mm,为±1.5%。

根据使用方法和组成的差别,超声流量计形式有:单声束方式超声流量计、双声束方式超声流量计、多弦斜声束式超声流量计、互相关超声流量计、多普勒超声流量计、明渠超声流量计。

单声束方式超声流量计是基于管路中流线平行的假定,测量其平均流速。实际上很难满足上述假定,常常有偏流发生。因此,利用双声束方式以提高测量精度。对于多弦斜声束式超声流量计,由于断面平均流速是多线测量平均的结果,所以更加准确。这种流量计能感应到很小的流速变化,准确度很高。

互相关超声流量计是由相距很近的两对声束组成,管中的液体没有流动时,两只接收器收到的信号相等;一旦产生流动,微小的漩涡通过声束对信号产生调制,调制后的严格形状很像指印,通常用相关器将两处接收信号加以比较,使得特殊漩涡被鉴别出来。原则上已知两条声束的间距,测量漩涡通过声束的时间就可以确定流速。实际的流量计不可能给出许许多多漩涡信息,而是设计成沿直径代表全部漩涡的平均速度。如果流体是均质的,而又没有漩涡出现时,可以引入微粒或者气泡作为示踪,否则相关流量计不能进行正常工作。

多普勒超声流量计是近十几年来发展起来的,这种流量计的优点是可以从管外直接测量管内流速,由仪器本身经过计算后输出流量信号。它是向管中流路发射声束,声波经流体中的固体微粒或者气泡散射,产生频率差,或称为频移,传感器接收到的频移信号与流速成正比例,可由下式表示:

式中,Δf为频移信号;V为液体的平均流速;C为声波通过传感器介质的速度;ft为发射频率;fr为接收频率;θ为液体轴向与声速之间的夹角。

由上式可以计算出断面流量,多普勒超声流量计能测量低浊度的水。一般水中含沙量为10kg/m3以内的浑水能保持线性,最大测量管径可达9m,管壁厚度在0.25~80mm。

明渠是具有自由水面的渠道,常用的测量方法都属于节流式,如各种堰和水槽。这些量具不仅损失水头,而且会使含沙水流在上游产生淤积。用超声式测流则可以不节流,直接在渠道两岸安装超声流速计测量平均流速,在渠道上部安装超声水位计测量水面高度,根据水面高度计算过流面积,再经过乘法电路求得流量。

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