便攜式超聲波流量計現(xiàn)場管道流量測量與分析
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1 超聲波流量計的原理
超聲流量計利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性，通過接收和處理穿過流體的超聲波信息就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(zhì)幾乎無要求；③測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)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(nèi)由兩對超聲波發(fā)生器和接收器組成兩個通道，分別在順流方向和逆流方向發(fā)射超聲波脈沖，測量其傳播的時間差△t。
順流方向發(fā)射超聲波脈沖的傳播時間為
在順流和逆流情況下超聲波的傳播時間差為
2 超聲波流量計的安裝與調(diào)試
一般，超聲波流量計的安裝應(yīng)從以下幾個方面考慮：①詳細了解現(xiàn)場情況；②確定安裝方式；③選擇安裝管段；④計算安裝距離，確定探頭位置；⑤管道表面處理；⑥探頭安裝及接線；⑦用示波器觀察接收波形，微調(diào)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(dāng)管道內(nèi)徑為D時上游直管段長度應(yīng)大于10D，下游大于5D。當(dāng)上游有泵、閥門等阻力件時，直管段長度至少應(yīng)有30～50D，有時甚至要求更高，如距泵房要求70～100m。當(dāng)采用雙聲道或多聲道測量時，表前直管段可以有明顯縮短。
不同形式阻流件應(yīng)配置的直管段長度列于表1所示。
當(dāng)流體平行于管軸流動時，通常可用圖1中的透過法（Z法）安裝能獲得較好的精度。但當(dāng)流體流動方向與管軸不平行，存在半徑方向的速度成分時，應(yīng)采用圖1中的反射法（V法）或者采用2V法安裝。對于已配置好的流體管道，特別是測量大口徑管道流量時，由于上游流動狀態(tài)的干擾而易于造成測量誤差的場合，比較合適的措施是增加測量線，即增加超聲波的傳播路徑，更多地接受傳播路徑中的流速信息，進行平均，以抵消流體擾動造成的測量誤差。增加測量線時，換能器的安裝應(yīng)使超聲波傳播途徑均勻地置于流通截面上。一般認為有4條測量線（即4個換能器）就足夠了。
（3）確定安裝距離
換能器的安裝應(yīng)根據(jù)具體的測量方式依據(jù)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(yīng)用的透過法（Z法）的換能器安裝為例，說明一對換能器的安裝距離的確定方法。
一對換能器的安裝有個基本原則，稱為距離法[4]：就是發(fā)射換能器與接收換能器應(yīng)在管道的半圓平分線上（對于V法，則在同一半圓基線上），并根據(jù)實際的管道內(nèi)徑，壁厚及被測流體的性質(zhì)，參數(shù)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(zhǔn)確。其計算公式：
h=2δ tanθ2+D tanθ3
其中：δ——管壁厚；D——管內(nèi)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都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(shù)，流量計就能計量出安裝距離h，然后用上述的距離法確定安裝位置。
上述距離法只能用于管道條件較好的場合。當(dāng)管道條 件不好時，如由于使用時間太長，結(jié)垢嚴(yán)重，又不知結(jié)垢（1）正確選擇安裝地點實際厚度，這時就很難確定安裝距離h，對于這種情況，可采用渡越時間法[5]安裝換能器。
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