时差法超声波流量计的应用技术

    时差法超声波流量计主要用于测量清洁、单相均匀流动液体的流量。由于精度较高，换能器结构简单，可以方便地安装在管道外壁上进行非接触测量，对被测管道无任何扰动，因此在技术上很容易满足用户的要求。时差法超声流量计是目前应用最普遍的超声流量计之一。

    但是，时差法超声波流量计的应用有一定的条件。用户在使用前，应先了解仪表的性能标准及安装要求，然后选择良好的安装位置和满足安装条件的管道并正确安装，才能获得满意的应用效果。

    1原理分析

    时差法超声波流量计通过测量超声波在换能器之间顺流向和逆流向的传播时间差，求得流体的平均流速，再与圆管流通截面积相乘得到流量。流量计算需要测出管道流通截面上的平均流速。，而实际测得的是如图1所示的超声波传播声道上的平均速度v' 。

    v和v'之比值称为速度修正系数，以K表示:

式中πD²/4—管道流通截面积。

    1)速度修正系数h'是管道中流体雷诺数R_eD的函数。在R_eD ≥5000的紊流条件下;K二(1.119~0. 011) x I,ogR_eD;在R_eD ≤ 2 300的层流条件下，K=4/30

    图2表明，从层流过渡到紊流，流速修正系数K产生较大的偏移。流速分布变化影响K值大小。当换能器安装位置的上下游存在弯头、阀门、泵和接头等扰动源时，使流速分布偏离或畸变，K值变化较大。因此，换能器的安装应远离扰动源，且有足够长的直管段。流速分布应是管道轴对称的充分的紊流条件。

    另外，换能器发射和接收平面中心如果偏离管道中心轴，会使速度修正系数降低。

    2)管道材质、尺寸(外径、壁厚和衬里厚等)和被测流体(成分、温度等)是决定流量计精度的主要参数。

    3)管道条件、声藕合的不确定性，也会影响仪表性能。

    2精度及其影响因素

    时差法超声波流量计精度较高，性能稳定。如日本富士电机公司最新开发的Portaflow-X流量计突破了以往普遍采用的相关法测量传播时间差，而采用Trigger edge法，同时主机采用了32位MPU，测量精度高达测量值的土0.5% ~ 1%，重复性为满刻度的土0.2% ~ 0.5% o

    图3所示是随机抽样的实际实验数据。

    现场应用中影响测量精度的主要因素，可归纳为以下几方面。

    2.1流速分布不均匀

    换能器安装位置上、下游存在弯头、异径管、阀、泵或管道内有阻流物等，流体形成横向二次流，流速分布偏离，在直管段长度不足时，测量精度下降，在有漩涡的场所甚至不能测量。