时差法流量测量的温度补尝

    利用超声测量流体的流量有诸多优点,因而近年有很大的发展。超声流量计测流量有声环法、相差法和时差法等。声环法有受声速变化影响小,易于数字化处理的优点,但要构成稳定的声环振荡系统有相当多的困难;相差法测量比较容易,且灵敏度高,但其缺点是测量值受声速的影响,很难得到稳定的测量值,文献[1]讨论了声环法和相差法结合的相位——频率测量方案。

    时差法是测量顺逆流之时间差,由于流体流速和其中声速相比很小,还有温度的影响声速,也可造成测量误差,因而要获得稳定精确的测量需有一系列技术保证。

    1　超声时差法测流量的基本关系式

    当管中介质静止时,由图1有

    从一声楔激发超声波至另一声楔接收,放大整形完毕所用时间t_o为

式中,T₀为超声在管中介质的传播时间,

    τ为在其它部分传播时间和电路延时。

    当管中介质流动时,可近似认为路径不变,设线平均流速为u,则可近似认为

    顺流超声速度

　　　　　　C_d=C_o+uSinθ

    逆流超声速度

　　　　　　C_d=C_o-uSinθ

    顺流传播时间为

    逆流传播时间为

    而传播总时间为

　　　　　　　　t_d=T_d+τ

　　　　　　　　t_u=T_u+τ

    若补偿了流体外的传播时间,所余为Δτ,并设计了一个电路系统,使其频率为

    静态时,f_d=f_u=f_o

   即Δf与线平均流速成正比

    若令u_s为面平均流速,则

    u=Ku_s

    系数K还与雷诺数有关,当雷诺数较大时,应该用迭代法求解。

    2　温度补偿

    当被测介质温度变化时,声速要发生变化,Δτ完全被补偿时,由式(1)、(2)有

    在雷诺数的表达式中,密度ρ和粘度η也与温度有关,以水为例,

    因此,若需测量质量流量,还应对ρ、η进行补偿。

    瞬时体积流量为

    按习惯可折算为M3/小时。

    可见,只要能准确测定正逆流的频率,即可准确测定流量值。

    结论

    按以上讨论的方法设计超声波流量计量仪器,在测量单相纯净流体时,可获得较高的精度,若测量非纯净介质,用多普勒法设计的流量仪表更合适。但这类仪表均属间接测量,其精度依赖于流动状态,而流动状态又与诸多因素有关,这是此类方法的一个缺点。

    参考文献