便携式超声波流量计现场管道流量测量与分析

    现在盛行的便携式超声流量计使用方便灵活,一般适用于测量大口径管道的流量,然而现场应用的实际测量精度,常因工作疏忽,换能器安装距离及流通面积等测量的误差而造成精度下降。不正确的安装甚至会使得仪表完全不能工作。因此,仪表现场的安装与调试对于测量是非常重要环节,本文就现场使用超声波流量计所遇到的问题进行分析,总结出管道流量精确测量的方法。

    1　超声波流量计的原理

    超声流量计利用超声波在流动的流体中传播时,可以载上流体流速信息的特性,通过接收和处理穿过流体的超声波信息就可以检测出流体的速度,从而换算成流量。它具有下列主要特点:①解决了大管径、大流量及各类明渠、暗渠的测量困难的问题;②对介质几乎无要求;③测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、粘度等参数的影响;④测量范围度宽,一般可达20∶1。

    时差法^[1]测量是在被测流体内由两对超声波发生器和接收器组成两个通道,分别在顺流方向和逆流方向发射超声波脉冲,测量其传播的时间差Δt。

    顺流方向发射超声波脉冲的传播时间为

　　逆流方向发射超声波脉冲的传播时间为

其中:L——超声波发射器到接收器之间的距离,也称声程;c——被测流体静止时的超声波传播速度;u——被测流体的速度。

    在顺流和逆流情况下超声波的传播时间差为

由于超声波传播速度c远大于流体流速u,故可认为c²-u²≈c²,故

由上式可见:当超声波在静止流体中的传播速度可认为常数时,流体流速就与时间差Δt成正比,测量Δt即可得到流速,进而求得流量。

    2　超声波流量计的安装与调试

    一般,超声波流量计的安装应从以下几个方面考虑:①详细了解现场情况;②确定安装方式;③选择安装管段;④计算安装距离,确定探头位置;⑤管道表面处理;⑥探头安装及接线;⑦用示波器观察接收波形,微调并固定探头。

    2.1　换能器[2]的安装

    (1)正确选择安装地点

    一般,当管道内径为D时上游直管段长度应大于10D,下游大于5D。当上游有泵、阀门等阻力件时,直管段长度至少应有30～50D,有时甚至要求更高,如距泵房要求70～100 m。当采用双声道或多声道测量时,表前直管段可以有明显缩短。

    不同形式阻流件应配置的直管段长度列于表1所示。

    (2)正确选择安装方式^[3]

    当流体平行于管轴流动时,通常可用图1中的透过法(Z法)安装能获得较好的精度。但当流体流动方向与管轴不平行,存在半径方向的速度成分时,应采用图1中的反射法(V法)或者采用2V法安装。对于已配置好的流体管道,特别是测量大口径管道流量时,由于上游流动状态的干扰而易于造成测量误差的场合,比较合适的措施是增加测量线,即增加超声波的传播路径,更多地接受传播路径中的流速信息,进行平均,以抵消流体扰动造成的测量误差。增加测量线时,换能器的安装应使超声波传播途径均匀地置于流通截面上。一般认为有4条测量线(即4个换能器)就足够了。