超聲波流量計(jì)測(cè)量的解決方法

超聲波流量計(jì)測(cè)量的解決方法

      超聲波流量計(jì)是一種利用超聲波脈沖來測(cè)量流體流量的速度式流量?jī)x表，流速乘以截面積就是流量。由于管道公稱直徑不是外徑，也不是內(nèi)徑，而是近似鋼管內(nèi)徑的一個(gè)名義尺寸，每一公稱直徑對(duì)應(yīng)一個(gè)外徑超聲波流量計(jì)測(cè)量原理當(dāng)超聲波在液體中傳播時(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：

　　θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角

　　m 為聲束在液體的直線傳播次數(shù)

　　d 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

　　超聲波流量計(jì)測(cè)量設(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r1和r2所需要的時(shí)間為t1和t2,則

　　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。

　　超聲波流量計(jì)測(cè)量相差法原理：如果超聲波發(fā)射器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或周期較長(zhǎng)的脈沖列，則在順流和逆流發(fā)射時(shí)所接收到的信號(hào)之間便要產(chǎn)生相位差▽o,即▽o=w▽t=2wlu/cc

　　式中，w為超聲波角頻率。當(dāng)測(cè)得▽o時(shí)即可求出u,進(jìn)而求得流量q。此法用測(cè)量相位差▽o代替了測(cè)量微小的時(shí)差▽t，有利于提高測(cè)量精度。但存在者聲速c對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

　　頻差法原理：為了消除聲速c的影響，常采用頻差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f=[（c+u）/l]-[（c-u）/l]=2u/l 由此可知，只要測(cè)得▽f就可求得流量q，并且此法與聲速無關(guān)。

　　目前水電站多采用浮子式液位計(jì)或投入式液位計(jì)來進(jìn)行水位測(cè)量。其缺點(diǎn)為：測(cè)量精度低，不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)浮子卡死不動(dòng)和傳感器堵塞導(dǎo)致測(cè)不準(zhǔn);維護(hù)工作量大，安裝、調(diào)試不便，采集到的僅是模擬告警信號(hào)，不能直接進(jìn)入電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)無人值班電廠不實(shí)用。

　　超聲波流量計(jì)測(cè)量水位的原理以及安裝要求

　　超聲波流量液位計(jì)工作時(shí)，高頻脈沖聲波由換能器（探頭）發(fā)出，遇被測(cè)物體（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一換能器（探頭）接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。脈沖發(fā)送和接收之間的時(shí)間（聲波的運(yùn)動(dòng)時(shí)間）與換能器到物體表面的距離成正比，聲波傳輸?shù)木嚯xs與聲速c和傳輸時(shí)間t之間的關(guān)系可以用公式表示：s=　cⅹt/2