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超声波流量计量程对照表

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一般来说,安装整流器可以在一定程度上改善超声流量计上下游的测量条件,因此也有助于提高测量结果的准确性,尤其是对单声道超声流量计而言,其效果可能会更为明显。但是,如果整流器造型不当,加工质量不高,或者安装及使用维护不妥,又有可能增大测量偏差而造成事与愿违的后果。因此,在超声流量计应用现场的设计及安装过程中,必须具体问题具体分析。也就是说,应当针对所选流量计的种类、上游流态的畸变形式、严重程度以及对流量测量准确性要求的高低来决定是否安装那种形式的整流器。
超声波流量计的安装方式
从理论上讲,气体超声流量计可以采用水平、垂直和倾斜等任意安装方式,并且可以沿表体管道边轴线作任意旋转。但是,在实际的安装过程中应当主要考虑到以下3个方面的因素:①流量计(特别是其中的超声换能器)是否便于检测和维修;②超声换能器是否易受气流中杂质和积液的影响;③时至目前,任意安装方式是否可实现严格意义上的完全等精度测量尚未得到充分的实验验证。
(超声波流量计量程对照表)

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1 引言 超声波流量计可采用非接触测量方式,安装方便,适用范围广。随着现代电子技术的发展,超声波流量计已向小管径方向发展,工程机械液压系统采用超声波流量计测量流量已成为可能。工程机械液压系统的特点是油液黏度较大,速度较低,雷诺数较小,流动状态多处于层流或紊流光滑管,且油液温度变化范围大,由温度变化引起的各项测量误差不容忽略。 2 速度分布不均引起的超声波射线轨迹的变化 超声波流量计的测量原理见附图,其中F为超声发射器,J为超声波接受器。当管中流体静止时,超声波射线在流体中的轨迹为P-B,其速度为C2,当流体流动时,超声波在流体中任一点的速度C2u等于静止流体声速C2与流体速度的矢量和。即C2u=C2+u。由于流速沿管道截面分布不均,u沿超声波射线各点不同,因此超声波射线在流动液体中的轨迹为一曲线P′-B′。速度u的分布越不均匀,曲线曲率越大。在超声波流量计的计算中,假设流速沿射线均匀分布,即合成后的超声波射线仍为直线(附图1中的PB′虚线)。这必然引起误差,其误差大小与速度分布的均匀程度有关,紊流的速度分布较层流均匀,所以紊流引起的此项误差小于层流。应该指出,由于声速C2远远大于流体速度u,所以此项误差较小,不必修正。 3 线平均速度与面平均速度之差引起的误差 时差法通过测量超声波脉冲顺流传播和逆流传播的时间差来进行流量的测量(见附图1)。设F、J交替发射和接收超声波,顺流时超声波传播的时间为t1,逆流时超声波传播的时间为t2,则 式中 D--管径 θ--超声波射线与管道轴线之间的夹角 u--流体在超声波射线上的平均速度 τ--超声波在声导中的传播时间与电路延迟时间之和 超声波流量计的计算方程为 由于过流断面速度分布不均,其线平均速度与面平均速度不同,用线平均速度乘断面面积取得流量必然引起误差。此误差不容 忽略,必须修正。则 Q=kuA 式中k-流量修正系数 uA-面平均速度 对于层流,沿过流断面速度分布为抛物面,速度方程为: 面平均速度为: 线平均速度为: 对于紊流,过流断面为一对数曲面,其速度分布为: 上式复杂不便使用,根据紊流光滑管的实验曲线,紊流光滑区的速度分布可用指数公式表示。 式中 R-管道半径 y-任意一点到管壁的距离 雷诺数Re不同,对应的指数n不同 根据上式可求得: n的取值见表1。表1雷诺数Re指数n雷诺数Re指数n4×1031/62.3×1041/6.61.1×1051/71.1×1061/8.8(2~3.2)×1061/10 对应不同的雷诺数,可通过插值法取得n值。 现取n值为,由此计算的k值为0.93,若不进行修正,则由此引起的流量误差为7.5%,因此流量系数k对超声波流量计的测量精度影响极大。应该指出,以上对k值的讨论是基于这样一种假设,即换能器安装前后有足够的直管段,如果上下游直管段不够长,则管道内流速分布变得极为复杂,很难用数学表达式来求k值了,此时测量误差将大大增加。为了保证超声波流量计的测量精度,要求上游直管段的长度大于10D,下游直管段的长度大于5D,当上游有流量干扰因素如泵、阀门等,直管段的长度至少延长为30D。 4温度变化引起的测量误差 由超声波流量计的计算方程可知,流量与声速C2的平方成正比,而声速随温度的变化而变化,由此产生的误差比较大,必须进行修正。 温度为T时,被测媒质的声速为 C2=C20(1+bT) 式中:C20-T为0℃时的声速值 b-被测媒质的声速温度系数 随着微型计算机的应用,声速修正比较简单,键盘输入温度值,按上式求出C2代入流量公式即可。 温度变化可引起油液黏度变化,黏度变化引起雷诺数Re变化,而Re的变化又可引起流量系数k变化。对于工程机械来说,油温变化范围比较大,因此引起的k值变化应该考虑。 油液黏度随温度变化的关系为: v=v0e-λ(T-T0) 式中 V-温度为T时油液的运动黏度 V0-温度为T0时的运动黏度 λ-黏温指数 λ=0.035-0.052 以YA-N32液压油为例,若温度变化范围为0~80℃,则油液运动黏度变化范围为5~193cst,两种温度下的雷诺数之比为: 因此引起的k值及最后流量误差是很可观的,此误差直接影响测量精度,因此必须根据不同的温度对k值进行修正。 综合考虑以上各种因素,给出修正框图如图2。 5结论 流量修正系数k对超声波流量计的测量精度影响极大,本文根据流体力学理论,导出了流量修正系数k计算公式,并提出对于不同的流体温度,应有不同的修正系数,这一点过去一直被忽略。本文的分析为研制高精度超声波流量计提供了参考,在使用已有超声波流量计时,若被测媒质温度偏离许用温度比较大,也可利用本文提供的方法进行手工修正。
(超声波流量计量程对照表)

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原理:根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。
适用场合:广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。
1.传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等;
2气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;
超声波流量计是一种非接触式仪表,它既可以测量大管径的介质流量也可以用于不易接触和观察的介质的测量。它的测量准确度很高,几乎不受被测介质的各种参数的干扰,尤其可以解决其它仪表不能的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。
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检测器旋钮/铝
转换器/耐热苯乙烯
●转换器颜色:表盖/蓝色;本体/亮灰色
●检测器信号电缆:标准10米,可延长至60米
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超声波流量计结构图
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。
超声波流量计结构图
超声波流量计的电子线路包括发射、接收、信号处理和显示电路。测得的瞬时流量和累积流量值用数字量或模拟量显示。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量,并将其发射到被测流体中,接收器接收到的超声波信号,经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。
超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应,采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上,使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播,然后由接收换能器接收,并经压电元件变为电能,以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应,而接收换能器则是利用压电效应。
(超声波流量计量程对照表)

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