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超聲波流量計(jì)原理,應(yīng)用以及使用時(shí)常見問題

來源:南京隆順儀器儀表有限公司   2012年07月12日 10:29  

超聲波流量計(jì)

管段式超聲波流量?jī)x表引是以速度差法為原理,測(cè)量圓管內(nèi)液體流量的儀表。它采用了*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?jī)x表更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境,計(jì)量更方便、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確。產(chǎn)品達(dá)到*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(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束或超聲脈沖的作用以測(cè)量流量的儀表。

原理

  根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)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*流量計(jì),是適于解決流量測(cè)量困難問題的一類流量計(jì),特別在大口徑流量測(cè)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(cè)量;

  (2)為無流動(dòng)阻撓測(cè)量,無壓力損失;

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

  (4)除帶測(cè)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(cè)量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;

  (2)多普勒法測(cè)量精度不高。

  產(chǎn)品特點(diǎn)

特點(diǎn)

  *的信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù),使儀表測(cè)量信號(hào)更穩(wěn)定、抗*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(zhǎng)。

  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(cè)量經(jīng)濟(jì)又方便,測(cè)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(cè)量測(cè)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(chǎng)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(cè)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(jí): IP65 (根據(jù)EN60529);材質(zhì):鋁合金,粉末涂層尺寸: (226 x 213 x 59)mm (Hx 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(cè)量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道響應(yīng)時(shí)間: 1s (1通道), 70ms可選.測(cè)量功能測(cè)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(cè)量量及累積量容量: >100000條測(cè)量量通訊接口: RS232, RS485(可選可通訊的參數(shù)實(shí)測(cè)值記錄值參數(shù)記錄軟件: FluxData(可選)

功能

  下載測(cè)量值/記錄圖形顯示格式轉(zhuǎn)換操作系統(tǒng): WindowsTM ;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(qǐng)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(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: 0~1kHz0~10kHz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: (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zui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(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(qǐng)參閱相關(guān)手冊(cè).測(cè)厚探頭(可選)測(cè)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)主要應(yīng)用領(lǐng)域

  

序號(hào)

主要應(yīng)用領(lǐng)域

檢測(cè)項(xiàng)目

應(yīng)用儀表

1

環(huán)保

市政污水測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)
非滿管超聲波流量計(jì)

工廠污水排放監(jiān)測(cè)

多普勒超聲波流量計(jì)
非滿管超聲波流量計(jì)

2

油田

原油生產(chǎn)流量測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)

固井泥漿流量測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)

油田含油污水流量測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)
非滿管超聲波流量計(jì)

油井注水量流量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

3

水務(wù)公司

江、河、水庫原水測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

自來水流量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

4

石油化工

石化產(chǎn)品工藝流檢測(cè)

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

工業(yè)循環(huán)水流量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)
多普勒超聲波流量計(jì)

5

冶金

工業(yè)循環(huán)水流量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)
多普勒超聲波流量計(jì)

生產(chǎn)過程耗水量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

選礦礦漿流量測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)

6

礦山

礦井排水流量測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)

選礦礦漿流量測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)

7

鋁廠

生產(chǎn)過程耗水量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

鋁酸鈉等工藝流流量測(cè)控

多普勒超聲波流量計(jì)

8

造紙

紙漿流量測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)

生產(chǎn)過程耗水量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

9

制藥廠

化學(xué)藥品流量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)
多普勒超聲波流量計(jì)

生產(chǎn)過程耗水量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

10

發(fā)電廠、熱電廠

生產(chǎn)過程耗水量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

冷卻循環(huán)水流量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)

發(fā)電機(jī)組線圈冷卻水流量測(cè)量

時(shí)差式超聲波流量計(jì)
(超小管徑)

11

食品

果汁流量測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)

奶液流量測(cè)量

多普勒超聲波流量計(jì)


管段式傳感器參數(shù)

  

性 能

參 數(shù)

測(cè)量液體

充滿被測(cè)管道的水、污水及其它均質(zhì)液體,懸浮物含量小于10g/L,粒徑小于1mm。

準(zhǔn)確度

±1.0%

流速范圍

±0.01m/s~±12.0m/s

管徑范圍

DN300mm~DN2000mm

傳感器材質(zhì)

鋼或不銹鋼

傳感器承壓能力

管徑300~600mm,壓力不超過2MPa;管徑700~2000mm,壓力不超過1MPa

轉(zhuǎn)換器

環(huán)境溫度:-10~+45;濕度85%(RH) (特殊環(huán)境訂貨時(shí)說明)

?

壁掛式

盤裝式

一體式

防護(hù)等級(jí)

IP65

IP51

IP65

傳感器

防護(hù)等級(jí):IP68

常溫型

高溫型

低溫型

工作溫度

0~50

0~150

-20~0

電 纜

采用雙芯帶屏蔽高頻電纜,工作溫度-40~+70

信號(hào)輸出

模擬量:4~20mA0~20mA0~10mA軟件可選;負(fù)載能力小于600Ω

開關(guān)量:累計(jì)流量脈沖輸出,閉合3ms,周期6ms,傳輸距離小于500m

串行口:RS-485,傳輸速率4800bit/s,傳輸距離小于1200m

鍵 盤

1×3按鍵

顯示器

2×16位背光液晶字符顯示器

顯示內(nèi)容

同屏顯示瞬時(shí)流量:-99999.99~+99999.99m3/h
累計(jì)流量: -19999999.99~+19999999.99m3,鍵控顯示累計(jì)運(yùn)行時(shí)間

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

累計(jì)流量、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間及各項(xiàng)設(shè)置參數(shù),掉電后數(shù)據(jù)可保存100

工作電源

AC 220V ±15%,50Hz 功率<10W (DC 5~36V1A,定貨時(shí)提出

電纜長(zhǎng)度

傳感器到轉(zhuǎn)換器的布線距離,10m、20m30m……300m可選


管段式傳感器外型尺寸

  

內(nèi)徑(mm
DN

安裝長(zhǎng)度(mm
L

法蘭尺寸(mm

重 量
Kg

額定壓力
MPa

D

Do

N×A

300

412

485

432.0

12×26

79.1

1.6

350

447

535

476.0

12×30

88.9

400

481

600

540.0

16×30

102

450

516

635

578.0

16×33

114

500

552

700

635.0

20×33

148

600

621

815

749.5

20×36

212

700

692

915

850

24×36

336

1.0

800

759

1046

970

24×40

500

1000

894

1288

1200

28×44

821

1200

1030

1522

1434

32×44

1303

1400

1164

1778

1670

32×48

1914

1600

1298

1982

1874

36×48

2442

1800

1432

2236

2114

36×52

3411

2000

1566

2446

2324

40×52

4262

ZR系列超聲波流量計(jì)采用的是時(shí)差法測(cè)量原理。它的高可靠性是積8年的制造經(jīng)驗(yàn)加上博采眾長(zhǎng),通過不斷完善提高得到的;是由于采用了的諸如PhilipsTl、美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司 

   

超聲波流量計(jì)

的新型高性能集成元器件加上*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*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(duì)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(cè)量,也能測(cè)量氣體的流量;對(duì)于大口徑管道的流量測(cè)量,不會(huì)因管徑大而增加投資;量程比較寬,可達(dá)51;輸出與流量之間呈線性等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn):當(dāng)被測(cè)液體中含有氣泡或有雜音時(shí),將會(huì)影響測(cè)量精度,故要求變送器前后分別有10D5D的直管段;此外,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。

測(cè)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

  為聲束在液體的直線傳播次數(shù)

  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R1R2所需要的時(shí)間為t1t2,

  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(cè)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(cè)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(duì)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(duì)所接受的聲波強(qiáng)度都有一定要求,所以都要對(duì)各種衰減進(jìn)行抑制。

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