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探讨便携式超声波流量计的检定方法
发布日期:2019/9/23 16:03:49
便携式超声波流量计由于其体积小,准确度高,适应范广,使用方便而被广泛使用。使用较多的场合有各地水务部门地下水资源计量仪表地在线检测,环保部门排污计量仪表地在线检测,供水部门的贸易结算计量仪表地在线检测,热力公可收费用热水表的在线檢测以及工业企业生产工艺中计量仪表的在线检测等。为使大家进一步了解超声波流量计,合理地使用超声波流量计,本文就超声波流量计现场使用中方法及注意事项作以论述,希望对其工作有所帮助。


一、超声波流量计的基本原理
1..基本原理
超声波在流动的流体中的传播速度与流体的流速有关。相对于固定座标系(如管),顺流的超声波的传播速度将大于逆流的传播速度。为实现流量(流速)测量,先需要有一个发射超声波的换能器(俗称超声波探头),通常采用石英等材料制成的压电元件作为换能器。发射超声波时是利用负压电效应,即利用高频电脉冲的作用,使压电品体高频振动,从而发出脉冲变化的高频压力波(即超声波)。超声波以某一角度射入流体中传播,然后由装在管道对面的接收换能器接受。接受换能器则利用正压电效应,将高频压力波又转换高频的电脉冲信号
 
2.管外夹式时差式液体超声波流量计的工作原理
该类型流量计利用测量超声波在管道中传播时间原理而实现的。介质(液体)在管道中流速,与超声波沿介质顺流和逆流传播的时间差存在着线性关系。只要分别测量出超声波顺流、逆流的传播时间,就可以依据线性关系得到沿管道路径上各点流速的瞬时平均流速。这样,介质流量则可以通过流速、管道截面积,以及雷诺数等,当超声波束在液体中传播时,流体的流动将使传播时间产生微小变化,并且其传播时问的变化正比于液体的流速,由此可求出液体的流速
 
3.超声波流量计的基本性能
(1)实现了非接触在线测量(外夹式传感器)
(2)无阻力无压力损失,无深度插入部件,无可动部件,不影响介质流动参数和状态
(3)安装位置灵活,直管段要求上游10D,下游5D。
(4)测量范围宽厂,既可测量小管径(100mm以下),义可测量大管径(ZUI大到6000mm),性价比高。仪表对介质流速的高灵做度,使得测量很慢或快速流动介质时,均可满足精度要求。
(5)可以不断流拆装、维修、在线维修很方便
(6)适用于各种工.作环境,可在高低温、潮湿、粉尘、振动等环境下长期稳定地工作,一次安装,长期使用,维修量少。
以上这些特性是由超声波流量计的原理所决定的。
 
二、对测量结果有影响的主要因素
1.温度
超声波流量计的探头由于材质不同价格也差异较大,高温测量用的探头材质价格要比常温探头成本高,生产者会因用户的实际需求不同采用不同的材料。同时由于介质温度较高,介质的有关性质、性能也会发生变化,设计者也会根据实际情况采用相关的设计或修正来避免温度差异带来的影响。因此我们在作时要考虑所使用探头的温度适应范围,尽量不要超过标牌或说明书上的规定。否则会使测量结果失准,或者根本测量不了。有些生产者在程序中有不同温度的选择项,这些选择项也会对测量结果产生影响,所以使用者应按操作手册的方法去进行。另外,由于温度过高可能短时间内就使耦合剂变稀而降低或失去作用,造成测量结果失准或不能进行测量。
 
2.直径
由于超声波流量计的测量原理,测量结果得到的是被测量管道内的平均流速,累计流量是由流速和面积计算得到的。他们的关系可以用下式简单表示
Q=q*t=V*t*A
式中:Q一累计流量,(m3)
q一瞬时流量.(m3/s)
V一平均流速,(m3/s);
t一测量时间,(s)
A一管道面积,(m2)。
从上式可以看出面积的准确测量也是很重要的。我们在測量中一般是通过测量管道的外周长,计算出外直径,用超声波测厚仪测量出壁厚,然后计算出内直径,ZUI后得到面积。但是在实际测量中我们的被测管线基本上都是旧管线,由于长时间使用,管线内部或多或少都会结垢,而且结垢的厚度有时达到10余毫米。由于这些结垢的厚度目前还没有什么仪器能够在管线外部准确测量。这就是为什么我们对在线流量计进行测量时经常发现,流量计昆示的流量要比超声波流量计显示的流量小。那是因为流量计是新安装的内部没有结垢,而我们测量的管线有结垢,我们没有考虑结垢的厚度。
 
3.电磁场影响
我们在测量时有时会发现,无论怎么调整探头的位置,都没有信号或信号时有时无,根本无法进行测量。这时就要仔细检查下周边环境,看一看是否受到强磁场的干扰。比如在测量点附近是否有大功率水泵、变频器、启动器、开关柜、变压器等电器设备,另外还要注意在测量管线附近是否有较大的电缆、成组的电线排等。根据我们的经验,在距测量间屋顶4m高处的高压电线就能对测量结果造成很大影响,而在现实工作中由于历史的原因或对超声波流量计技术性能不了解,这种不利的情况有非常多,很多都是把被测流量计安装在泵房,除泵房外其他地方根本没有裸露的管线,供电线、控制线、信号线都与被测管线在同一通道内,测量间正好建在高压线下面等。这样场合下大功率电器设备会产生很大的磁场,这些磁场对超声波流量计换能器的接收功能有极大的影响,使换能器不能接受信号或不能正常接收信号。我们在测量时遇到以上情况,只能改变测量点,选择在确保没有流体流进流出的被测管线上的其他位置,这个位置与原来位置的管径可以不同。条件达不到时也可以考虑使用有多支分管线,其他管线可以关闭的支管线进行测量(这种方法只能用于对流量仪表的测量
 
4.测量位置的选择
按国家计量检定规程的规定,速度式仪表的安装要有足够长的直管段,安装点上游直管段必须要大于10D(注:D=直径),下游要大于5D。我们在现场检测时也应该尽量选择满足要求的测量点,但实际上有很多场合是无法满足这些要求的。有的即使直管段满足要求了,也不一定是理想的的测量位置,根据我们的工作经验一般应考虑以下几方面因素:(1)在可能的情况下尽量满足规程上关于直管段的规定:(2)如果不能满足直管段要求,应尽量选择测量点上游管线对流动干扰小的位置。比如尽量避免上游有立体弯头、碟形阀、差压式流量计或压损较大的流量计、插人式流量计等;(3)同一管线有高有低尽可能选择较低的管线,因为这样流体会充满管线;(4)选择水平管线时尽量不要在管线顶部测量,因为顶部可能有存气现象;(5)如果选择垂直管线进行测量时应尽量选择向上流动的管线,因为这样管线一般是充满的。
 
5.超声波流量计一般有两种探头安装方式,即Z法和V法。
通常情况下
管径D>200mm时选用Z法
管径D<200mm时选用V法
V法安装:先确定一个点,按安装距离在水平位置量出另个点。
Z法安装:先确定一个点,按安装距离在水平位置量出另一个点,然后測出此点在管道另一侧的对称点。
 
6.超声波流量计典型用途
(1)给排水和污水处理
(2)油田、石油化工系统
(3)发电厂(热电、火力、和水利)
(4)钢铁等工矿企业
(5)食品、E药、造纸行业
(6)供热系统的热网平衡
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