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超声波流量计结构

超声波流量计结构:

 1.超声波流量计的构成
   超声波流量计主要由流量计表体、超声波换能器及其安装部件和信号处理单元组成。对于现场插入式超声波流量计和外夹式超声波流量计,安装换能器处的管道可做表体使用。插入式流量计的换能器直接与被测流体接触,外夹式流量计的换能器紧密安装在管道壁外。
    2.形式
    流量计按换能器安装方式可分为插入式和外夹式两种形式。插入式流量计根据换能器的数量不同,分为单声道流量计,双声道流量计和多声道流量计。
    流量计的输出方式有脉冲输出、模拟量输出和数字通讯输出等。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。超声波发射换能器将电能转换超声波能量,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,采用适当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人流体中传播,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。超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片,沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍,以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件,使超声波以合适的角度射入到流体中,需把元件固定入声道中,构成换能器整体(又称探头)。
    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。
    根据对信号检测的原理,目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括:直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。其中以噪声法原理及结构最简单,便于测量和携带,价格便宜但准确度较低,适于在流量测是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传播时速度之差来反映流体的流速的,故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差,准确度较高,所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同,传播速度差法又分为:Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的,低流速时,灵敏度很低适用性不大。多普勒法是利用声学多普勒原理,通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的,适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。相关法是利用相关技术测量流量,原理上,此法的测量准确度与流体中的声速无关,因而与流体温度、浓度等无关,因而测量准确度高,适用范围广。但相关器件价格贵,线路比较复杂。噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理,通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单,设备价格便宜,但准确度低。
    以上几种方法各有特点,应根据被测流体性质。流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业生产中介质的温度常不能保持恒定,故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。对换能器安装方法的选择原则一般是:当流体沿管轴平行流动时,选用Z法;当流动方向与管轴不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时,采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时,也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流,可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病,因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展,煤油混合(COM)、煤水混合(CWM)燃料的输送和应用以及燃料油加水助燃等节能方法的发展,都为多普勒超声波流量计应用开辟广阔前景。
   再介绍一下插入式超声波流量计的结构及原理
  1.插入式超声波流量计结构及原理
  插入式超声波流量计由转化器及一对插入式传感器组成。插入式传感器由定位底座、球阀、传感器芯组成。
  原理:超声波穿过液体时,液体对传插时间产生微小影响,其传插时间的变化与液体流速成正比。
  2.插入式电磁流量计结构及原理
  插入式电磁流量计由转化器及单个插入式传感器组成。插入式传感器分带球阀和不带球阀两种。
  测量原理,其工作原理基于法拉第电磁感应定律。当导电液体流进仓围在磁场中的测量管时,在流速和磁场二者相垂直的方向就会产生与平均速度V成正比的感应电动势E。磁场强度B是一常数(由线圈电流控制)、监测电极之间的距离也是固定的,因此液体流速V是感充电动势E的唯一变量,电磁流量计的输出信号与流量成线性关系。
 

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