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超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理
日期：2022-11-09 點(diǎn)擊量：
1.流量計(jì)結(jié)構(gòu)
超聲波流量計(jì)主要由信號(hào)處理單元、超聲換能器(探頭)、流量計(jì)表體等部分構(gòu)成,如圖1 所示。其中信號(hào)處理單元接收探頭信號(hào)并將信息遠(yuǎn)傳流量計(jì)算機(jī);探頭通過換能器端口安裝于表體,負(fù)責(zé)收發(fā)聲波,并輸出電壓信號(hào);流量計(jì)表體部分包括上下游直管段,上有超聲換能器端口、取壓口等。此外,壓力變送器、溫度變送器、色譜分析儀及流量計(jì)算機(jī)作為輔助儀表,用以測量現(xiàn)場數(shù)據(jù)。流量計(jì)算機(jī)利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)計(jì)算介質(zhì)工況流量,并將工況流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)況流量。
2.流量計(jì)原理
傳播時(shí)間差法氣體超聲流量計(jì)是通過測量高頻聲脈沖傳播時(shí)間得出氣體流量的速度式流量計(jì),工作原理如圖2 所示。超聲脈沖在管道內(nèi)逆流和順流沿斜線方向傳播,傳播速度與介質(zhì)軸向平均流速有關(guān),通過測量聲波傳播時(shí)間差,運(yùn)用數(shù)值計(jì)算法計(jì)算工作條件下通過氣體超聲流量計(jì)的氣體軸向平均流速和流量。在充滿氣體的密閉管道中,超聲波傳感器(探頭)沿管壁安裝,直接與氣流接觸,2 個(gè)傳感器發(fā)射超聲波后由對(duì)方互為接收。圖2 中a、b 為2 個(gè)超聲波流量計(jì)換能器,聲道與管道傾斜夾角為θ,管道內(nèi)徑為D,聲道長度為L,聲道距離為x。在一些流量計(jì)中采用了反聲道,此時(shí)聲脈沖在管壁上經(jīng)歷一次或多次反射。
若管線內(nèi)氣流無流動(dòng),聲波以相同的速度在管道沿聲道的2個(gè)方向傳播;若管線內(nèi)介質(zhì)流速大于0,聲波順氣流方向傳播速度較快,反之則較慢。其中,順氣流方向時(shí)間與逆氣流方向時(shí)間計(jì)算公式為：
式(1)(2)中：L 為聲道長度,m;Cd為聲波在氣體中的速度,m/s;V為氣體介質(zhì)平均流速,m/s;θ為傾斜聲道與管道軸線的夾角,°。
由式(1)與式(2)可得氣體流速與聲速為：
超聲波流量計(jì)主要由信號(hào)處理單元、超聲換能器(探頭)、流量計(jì)表體等部分構(gòu)成,如圖1 所示。其中信號(hào)處理單元接收探頭信號(hào)并將信息遠(yuǎn)傳流量計(jì)算機(jī);探頭通過換能器端口安裝于表體,負(fù)責(zé)收發(fā)聲波,并輸出電壓信號(hào);流量計(jì)表體部分包括上下游直管段,上有超聲換能器端口、取壓口等。此外,壓力變送器、溫度變送器、色譜分析儀及流量計(jì)算機(jī)作為輔助儀表,用以測量現(xiàn)場數(shù)據(jù)。流量計(jì)算機(jī)利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)計(jì)算介質(zhì)工況流量,并將工況流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)況流量。
2.流量計(jì)原理
傳播時(shí)間差法氣體超聲流量計(jì)是通過測量高頻聲脈沖傳播時(shí)間得出氣體流量的速度式流量計(jì),工作原理如圖2 所示。超聲脈沖在管道內(nèi)逆流和順流沿斜線方向傳播,傳播速度與介質(zhì)軸向平均流速有關(guān),通過測量聲波傳播時(shí)間差,運(yùn)用數(shù)值計(jì)算法計(jì)算工作條件下通過氣體超聲流量計(jì)的氣體軸向平均流速和流量。在充滿氣體的密閉管道中,超聲波傳感器(探頭)沿管壁安裝,直接與氣流接觸,2 個(gè)傳感器發(fā)射超聲波后由對(duì)方互為接收。圖2 中a、b 為2 個(gè)超聲波流量計(jì)換能器,聲道與管道傾斜夾角為θ,管道內(nèi)徑為D,聲道長度為L,聲道距離為x。在一些流量計(jì)中采用了反聲道,此時(shí)聲脈沖在管壁上經(jīng)歷一次或多次反射。
若管線內(nèi)氣流無流動(dòng),聲波以相同的速度在管道沿聲道的2個(gè)方向傳播;若管線內(nèi)介質(zhì)流速大于0,聲波順氣流方向傳播速度較快,反之則較慢。其中,順氣流方向時(shí)間與逆氣流方向時(shí)間計(jì)算公式為：
式(1)(2)中：L 為聲道長度,m;Cd為聲波在氣體中的速度,m/s;V為氣體介質(zhì)平均流速,m/s;θ為傾斜聲道與管道軸線的夾角,°。
由式(1)與式(2)可得氣體流速與聲速為：
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