1.超声波流量计的工作原理
超声波流量计由超声波换能器、电子电路、流量显示和累积系统组成。超声波发射换能器将电能转换成超声波能量并将其传输到被测流体中。超声波通过在流体中的传播传输到接收器。由接收器接收的超声波信号可以检测流体的流速,该流速被电子电路放大并转换为表示流量的电信号以进行显示和积分。通过这种方式,实现了流量检测和显示。压电换能器通常用于超声波流量计。它利用压电材料的压电效应,并使用适当的传输电路向传输换能器的压电元件添加电能,从而产生超声波振动。超声波以一定角度注入流体中传播,然后由接收换能器接收,并通过压电元件转换为电能进行检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应,而接收换能器利用压压效应。
超声波流量计按测量原理分类如下:传播速度差法、多普勒效应法、束移法、相关法、噪声法等。由于传播速度差方法克服了声波随流体温度变化而产生的误差,具有较高的精度,因此被广泛应用。传播速度差分法可分为Z法(透射法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。
根据安装方式,可分为外夹式、插入式、管段式和便携式。便携式超声波流量计主要用于校准其他安装的流量计。
2、超声波流量计的优点
(1) 超声波流量计是一种非接触式测量仪器,可用于测量不易接触和观察的流体流量和大口径流量。它不会改变流体的流动状态,不会产生压力损失,并且易于安装。
(2) 它可以测量高腐蚀性和非导电介质的流量。
(3) 超声波流量计的测量范围很宽,从2cm到6.5m不等。
(4) 超声波流量计可以测量各种液体和污水流量。
(5) 超声波流量计测量的体积流量不受被测流体的温度、压力、粘度和密度等热物理参数的影响。可分为固定式和便携式。
(6) 插入式和外夹式超声波流量计可以在不中断生产的情况下安装和维护,而无需切断工艺管道。
(7) 成本相对较低。
3.超声波流量计的缺点
(1) 超声波流量计的温度测量范围不高,一般只能测量温度低于200℃的流体。
(2) 抗干扰能力差。它容易受到气泡、结垢、泵和其他声源混合的超声噪声的干扰,影响测量精度。
(3) 直管段是严格要求的,它是第一个10D,最后一个5D,以及与泵30D的距离(D是管道的内径)。否则,色散差,测量精度差。
(4) 安装的不确定性会给流量测量带来很大的误差。
(5) 由于测量管道上的结垢,测量精度将受到严重影响,从而导致显著的测量误差,甚至在严重情况下,仪表也不会显示流量。
(6) 可靠性和精度水平不高(一般在1.5~2.5左右),重复性较差。超声波流量计通过测量流体速度并将其乘以管道的内部截面积来确定流速。然而,流量计不能直接测量内径和管道圆度,只能根据外径和壁厚按标准圆估算截面积。由此带来的不确定性已超过1%,因此精度有限。
(7) 使用寿命短(一般精度只能保证2年)。
(8) 超声波流量计的精度低于电磁流量计(超声波流量计一般为1%,而电磁流量计一般为0.5%)。
(9) 影响超声波流量计精度的不确定因素有很多(例如直管段是否足够、管道中水的流型、管壁污垢、气泡、温度变化、噪声、人为因素等)。
(10) 超声波流量计对管道要求严格,不能产生异常噪声,否则会对测量误差产生较大影响。