超声波流量计的使用

本文章主要介绍了：超声波流量计的使用,XFS超声波流量计使用说明,超声波流量计多普勒流量计,超声波流量计的使用等信息

(超声波流量计的使用)

近几年来，超声波流量计被应用于各个场合，比如：自来水厂、大型楼宇、供暖流量检测，食品医药等。超声波流量计，从字面的意思上理解，就是一种借助超声波来测量流量，那么，具体是怎么测流量呢?超声波流量计的原理又是什么呢?
超声波流量计(Ultrasonic
flowmeter)是通过检测流体流动对超声波束的作用以测量流体流速的信息的装置，根据对信号的检测方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法。多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大。目前是应用最为广泛的是”时差法”测量原理。结合多脉冲技术、数字信息处理技术以及信号处理电路将测量数据进行实时显示。
(超声波流量计的使用)

许有衬里。
管内径10~8000mm
直管段安装点为上游10D，下游5D，距泵阀30D（D指管外径）
2.被测介质:
种类水、海水、工业污水、酸碱液、酒精、啤酒、各种油类等能传导超声波的单一
均质的液体。
温度—40℃~128℃（分段）（根据用户需要选型）
浊度≤10000ppm浓度且气体含量小
流速±32m/s
流向正、反向双向计量，可计量净流量或热量
3.工作环境:
转换器温度-30℃~82℃传感器-40℃~128℃
转换器湿度85%RH传感器可水下工作≤3m
4.工作电源:
在线式AC220V或DC8~36V,选配AC7~30V
5.功耗:≤2W:
6.信号电缆:型号SEYV75-2,可加长至500m.
(超声波流量计的使用)

4、瞬时流量波动大?
信号强度大,本身测量流体波动大.
解决方法:调整好探头位置,提高信号强度,保证信号强度稳定,如本身流体波动大,则位置不好,重新选点,确保前10D后5D的工况要求.
5、外夹式超声波流量计信号低?
这个取决于仪表本身的技术含量,经过现场大量的测试实例证明,像管道时间长,结垢严重,管径大的问题,艾拓利尔AFTU-2W系列较其他外夹式超声波流量计,出信号非常快,而且信号很稳定。
解决方法:对于管径大、结垢严重、建议选用品质好的外夹式超声波流量计，探头安装处管道要打磨干净,用耦合剂或耦合片排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入管道内，保证探测面上有足够的声强透射率.
(超声波流量计的使用)

多通道超声波速差法气体流量计采用声速差法,通过测量超声波沿气流顺向及逆向传播的声速差,测量各种口径管道内稳态或脉动气流的双向流速、流量。具有测量快速、对气体无流阻、无压力损失、量程宽、测量结果不受气体声速随成分、压力、温度变化的影响、对大管径及脉动气流也能进行正确测量等优点,解决了目前大口径大流量气体缺乏、便捷计量手段的难题[1]。
2、多通道超声波速差法气体流量计的原理：
采用超声检测技术,通过测量超声波沿气流顺向和逆向传播的声速差、压力和温度,算出气体流速及标准状态下气体的流量。其原理如图1所示;
图中,假设管道内径为D,两换能器间的超声传播距离为L,超声传播方向与轴线之间的夹角为θ,则管道内换算成标准工况下的气体流量Q可表示为:
(超声波流量计的使用)

固定一体基本型超声波流量计
体积：139×48×34mm
固定一体基本型超声波流量计在测量点即可完成测量，可循环显示累积流量、瞬时流量、流速等参数，二次表可中文显示100余项菜单
传输距离远组网快捷
高精度测量
线性度优于0.5%,重复性精度优于0.2%,测量精度优于±1%
防护等级高
固定一体基本型超声波流量计采用全灌胶防水工艺一次表防护等级可达到IP68，可浸入水下2米工作
既可用磁性棒在一次表上浏览参数，还可通过二次表用中文进行参数再设定或显示
测量范围大
选用不同型号的传感器,可实现口径DN15～DN6000mm管道流量的测量
(超声波流量计的使用)

时差法超声波流量计的数值模拟
在现场实际应用中，时差法超声波流量计测量流量是目前广泛应用的一种方法，它具有安装简单、使用方便、测量范围宽等特点。时差法超声波流量计应用于大口径管道水流量的测量中具有明显的优越性。近几年来，随着硬件和数字信号处理技术的改进使流量的测量精度得到了不断提高。但是，超声波流量计的应用对管道的条件有一定的要求。一般，换能器应安装在上游直管段为10D（D为管径）、下游直管段为5D的位置。因此，选择良好的安装位置和安装条件的管道才能获得满意的应用效果。对于同一个超声波流量计在应用于不同的安装条件时，流量的测量结果应使用不同的修正系数加以修正。通常，修正系数的确定是在实验室中测试得出的，但这只能针对有限的安装条件，而且实验室的建设和测试的过程既费时又费钱，效率很低。对不同雷诺系数的流体和在不同超声波波束直径的测量进行了数值模拟，计算出流量计的流速修正系数，超声波流量计http://www.jhjtyb.com并通过分析计算的方法计算出修正系数，两者进行比较，比较结果具有很好的一致性。对于所有的流体流动，计算机数值模拟都是解质量和动量守恒方程。质量守恒方程又称为连续性方程。该方程是质量守恒方程的一般形式，它适用于可压流动和不可压流动。源项Sm是从分散的二级相中加入到连续相的质量，源项也可以是如何自定义源项。修定系数由于流体的流速沿管道直径的不均匀分布，致使时差法超声波流量计测得的流速并不等于实际的流速，因此，测量出的结果需乘上一个修正系数k，即公式中:为超声波流量计测得的平均流速，为实际的流体流速，其中k=k[u（x，y，z），v（x，y，z），w（x，y，z）]（6）这里的k系数是基于CFD数值模拟的预测模型模拟出来的，因此需根据超声波流量计的测量原理建立合适的模型，测量的原理图如图1所示。从图1可以看出，结合时差法超声波流量计的流速计算方法，可以得出测得的平均流速为:式中:L为超声波传播的距离，α为超声波传播方向与管道轴线的夹角，t1和t2分别是超声波逆流和顺流方向的传播时间。从图1中分析，由于流体流速的两个分量u和v对超声波传播方向上都有作用，仅垂直于传播方向的流速分量没有作用。因此，要得到k（u，v）则需了解管道内流体的流动状态，这个可以利用CFD软件根据流体在管道入口的初始状态和管道的安装状况模拟得出。分析计算和CFD建模当流体在紊流状态时，流速曲线方程为:式中:r为截面中的任意点到中心轴的距离，umax为中心轴上的流体流速，即截面上的最大流速，p是由雷诺系数决定的参数。p=0.25-0.023lgRe（9）当流体在层流状态时，流速曲线方程为:从图1中可以得知，由超声波测得的流体流速与管径d、夹角α和超声波传播波束的直径b有关，因此利用上述的流速曲线方程和超声波传播的路径可以得出流体的平均流速:为了计算出流速的修正系数，还要得出流体的实际流速。由紊流理论可知，流体截面上各点的流速不是均匀分布的，从Prandtl定律中的描述可以知道，流体的实际流速可以由雷诺系数得出，即:式中:utrue为管道内流体的平均流速，d为管道内径，ν为运动粘度（ν=8×10-7m2/s孔板流量计http://www.jsjhjt.net，水温为30℃）。从上面几式中可以得出k系数:通过改变超声波传播范围的半径b与管道半径的比例，可以得出在不同规格超声波换能器下测量的流速修正系数k。这种分析计算模型可以适用于层流和紊流两种状态下。这里利用计算流体力学软件Fluent进行管道流体模拟运算，Fluent软件是个工程运用的CFD软件，针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度方面达到最佳，可以计算流场、传热和化学反应。其思想实际上就是做很多模块，这样只要判断是哪一种流场和边界就可以拿已有的模型来计算[3]。Fluent软件能推出多种优化的物理模型，如定常和非定常流动、层流（包括各种非牛顿流模型）、紊流（包括最先进的紊流模型）、不可压缩和可压缩流动、传热、化学反应等等。对每一种物理问题的流动特点，有适合它的数值解法，用户可对显式或隐式差分格式进行选择，以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。Fluent将不同领域的计算软件组合起来，成为CFD计算机软件群，软件之间可以方便地进行数值交换，并采用统一的前、后处理工具，这就省却了科研工作者在计算方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动，而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。在Fluent软件中，采用Gambit的专用前处理软件，使网格可以有多种形状。对二维流动，可以生成三角形和矩形网格；对于三维流动，则可生成四面体、六面体、三角柱和金字塔等网格；结合具体计算，还可生成混合网格，其自适应功能，能对网格进行细分或粗化，或生成不连续网格、可变网格和滑动网格。网格划分的好坏将直接影响模拟的精度和收敛性，本文管道截面的网格划分采用的是矩形网格，外层采用的是同心圆的排列方式，里层采用的是交叉排列方式，式样如图2所示，这种混合网格排列的方式有利于管道边界层的模拟效果。对于管道流速修正系数k（u，v）可以通过Fluent软件模拟的流速数据计算出来，根据网格划分的体积权重来计算超声波传播路径上的平均流速式中:ui和vi可以从Fluent输出的数据中得到，Vi为体积，如图1中坐标系所标的u和v两个速度分量。根据Fluent的数值模拟可以得出流速修正系数k（u，v）:式中:是流体的实际流速，是流体在超声波传播路径上的平均流速，α是超声波传播路径和管道轴线的夹角。试验结果分析设定的边界条件为:管径D为100mm，长度L为50D，以保证在数值模拟中流体能够得到充分流动，入口流体流速设定为1m/s。采用三种方式通过分析计算和数值模拟来计算流速修正系数K值:（1）当流体雷诺系数Re=100，流体流动状态在层流的情况下，通过改变超声波传播波束的直径与管径的比率b/d，计算出流速修正系数k值，结果如图3所示。（2）当流体雷诺系数Re=10000，流体流动状态在紊流的情况下，同样通过改变b/d值，计算出流速修正系数k值，结果如图4所示。（3）在超声波传播波束的电磁流量计http://www.china-jtyb.com直径与管径的比率b/d=0.5的情况下，通过改变流体雷诺系数Re的大小来计算流速修正系数k值，结果如图5所示。
(超声波流量计的使用)

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