便攜式超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)管道流量測(cè)量與分析
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1 超聲波流量計(jì)的原理
超聲流量計(jì)利用超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)，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(cè)出流體的速度，從而換算成流量。它具有下列主要特點(diǎn)：①解決了大管徑、大流量及各類明渠、暗渠的測(cè)量困難的問題；②對(duì)介質(zhì)幾乎無要求；③測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；④測(cè)量范圍度寬，一般可達(dá)20∶1。
時(shí)差法[1]測(cè)量是在被測(cè)流體內(nèi)由兩對(duì)超聲波發(fā)生器和接收器組成兩個(gè)通道，分別在順流方向和逆流方向發(fā)射超聲波脈沖，測(cè)量其傳播的時(shí)間差△t。
順流方向發(fā)射超聲波脈沖的傳播時(shí)間為
在順流和逆流情況下超聲波的傳播時(shí)間差為
2 超聲波流量計(jì)的安裝與調(diào)試
一般，超聲波流量計(jì)的安裝應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：①詳細(xì)了解現(xiàn)場(chǎng)情況；②確定安裝方式；③選擇安裝管段；④計(jì)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(diǎn)
一般，當(dāng)管道內(nèi)徑為D時(shí)上游直管段長(zhǎng)度應(yīng)大于10D，下游大于5D。當(dāng)上游有泵、閥門等阻力件時(shí)，直管段長(zhǎng)度至少應(yīng)有30～50D，有時(shí)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(cè)量時(shí)，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(zhǎng)度列于表1所示。
當(dāng)流體平行于管軸流動(dòng)時(shí)，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(dòng)方向與管軸不平行，存在半徑方向的速度成分時(shí)，應(yīng)采用圖1中的反射法（V法）或者采用2V法安裝。對(duì)于已配置好的流體管道，特別是測(cè)量大口徑管道流量時(shí)，由于上游流動(dòng)狀態(tài)的干擾而易于造成測(cè)量誤差的場(chǎng)合，比較合適的措施是增加測(cè)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(jìn)行平均，以抵消流體擾動(dòng)造成的測(cè)量誤差。增加測(cè)量線時(shí)，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(rèn)為有4條測(cè)量線（即4個(gè)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(cè)量方式依據(jù)說明書上的步驟進(jìn)行，各種測(cè)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(duì)換能器的安裝距離的確定方法。
一對(duì)換能器的安裝有個(gè)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(duì)于V法，則在同一半圓基線上），并根據(jù)實(shí)際的管道內(nèi)徑，壁厚及被測(cè)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(shí)h值的準(zhǔn)確。其計(jì)算公式：
h=2δ tanθ2+D tanθ3
其中：δ——管壁厚；D——管內(nèi)徑；θ2——聲波進(jìn)入管壁中角度；θ3——聲波進(jìn)入流體中角度
目前的超聲流量計(jì)顯示儀表一般都有計(jì)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(jì)就能計(jì)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(chǎng)合。當(dāng)管道條 件不好時(shí)，如由于使用時(shí)間太長(zhǎng)，結(jié)垢嚴(yán)重，又不知結(jié)垢（1）正確選擇安裝地點(diǎn)實(shí)際厚度，這時(shí)就很難確定安裝距離h，對(duì)于這種情況，可采用渡越時(shí)間法[5]安裝換能器。
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