超声波流量计的应用与误差分析

　　1　超声波流量计用于燃气计量的优点

　　超声波流量计与传统的涡轮流量器和孔板流量计相比,在燃气输配计量中具有很多优点:

　　(1)计量范围宽:当燃气流量变化很大时,也能准确计量;对于流量变化范围比较大的燃气管路要进行计量时,用一个超声波流量计就可以完成几个涡轮流量计和孔板流量计的工作,从而节约初投资。

　　(2)可双向计量:对于安装在管路中的一个超声波流量计,当管路内的燃气流量按要求改变流向时,也能以相同的精度测定燃气流量,这是其他流量计所不能做到的。

　　(3)无压力损耗:没有会影响燃气流动的障碍物,因此,燃气流过超声波流量计不会产生压力降。

　　(4)可用于不洁燃气的计量:在测量脏、湿燃气方面,优于其他流量计。

　　(5)无运动部件:与孔板流量计一样,不会有因部件移动造成的磨损,影响测量精度。

　　当然,超声波流量计也不例外有其局限性。超声波流量计组装要求高;工作时,要滤去背景噪音中与超声波流量计所用频率相同的噪音,当周围管路上的阀门或调压器消音时,也要避免消音后的噪音频率与超声波流计量计所用的频率相同。

　　2　超声波流量计工作原理

　　超声波流量计的工作原理见图1。

　　图中A和B两个传感器都能发射和接受超声波,超声波从一个传感器发射至另外一个传感器所经过的通道,称为超声波通路。超声波在燃气流中以声速传送。当超声波发射方向与燃气流同向时,超声波传递速度提高,反之,超声波传递速度则降低。因此,根据超声波同时从两个传感器发射抵达对方传感器的时间差,就可以按下式确定管路中的燃气流速:

　　式中:vm—管路中燃气流速;

　　L—超声波通道长度;

　　α—超声波通道与燃气流向的夹角;

　　t逆—超声波逆燃气流方向传递的时间;

　　t顺—超声波顺燃气流方向传递的时间;

　　c—超声波在燃气介质中的传递速度。

　　尽管超声波在燃气介质中的传递速度与燃气介质有关,但从燃气流速的计算公式中可以知道,燃气速度与超声波传递速度无关,也就是说,采用超声波流量计测定燃气流速时,与测定时的燃气压力、温度和组分没有关系。

　　如果管路截面积上的燃气流速均匀一致,则燃气流量就简单地等于燃气流速与管路截面积之积。

　　实际上,管道截面上的流速一般呈抛物线状,即,气流速度在截面中心最大,然后向周围管壁方向逐渐减小。因此,所测得的流速vm仅代表沿超声波通道长度的平均流速。超声波流量计的夹角一般取60°,通过推算,可以获得燃气管路轴向的平均燃气流速V’。通常用一个与燃气流的雷诺数有关的调整因子K来表示。(参见图2)。因此,燃气流量的计算公式为: