时差式超声波流量计的应用

　　时差式超声波流量计的应用技术近年来发展迅速,以其安装方便,维护量小,适用量程范围广,无接触测量等优点广泛应用于石化行业。根据管径及介质特点,首次在我厂大口径循环水管道(我厂供化纤循环水管线管径为DN1620)和其它五个循环水检测点上选用了康乐创生产的夹装时差式超声波流量计。它克服了插入式电磁流量计应用在大口径管道中存在的仪表故障率高,计量不准确的缺点,满足了计量的需要。现根据现场应用的经验将这种超声波流量计的特性及应用中可能影响测量准确度的一些问题分析如下。

　　一、测量原理

　　时差式超声波流量计用于测量液体流速对双向声波信号的影响。它的两个换能器(T1、T2)以一定的间距安装在管壁外,交替发射和接收超声波。当声波在静止的流体中传播时,从T1到T2的声波信号传送时间与从T2到T1的传送时间相同;当流体流动时,上游换能器T1向下游换能器T2发射一个信号,同时下游也向上游发射信号,而流体流速对声波信号的作用,将加快从上游到下游方向的信号速度,同时减慢从下游到上游方向的信号速度,两个信号之间产生了时间差,由此求得液体的流速,再与圆管的流通截面积相乘,计算出流量。流体流速的基本计算公式为:

　　式中:Vf———流速;K———标定系数;dt———上下游换能器测量出的时间的差;TL———测量出的声波平均穿过流体的时间。

　　测量原理如图1所示:

　　二、时差式超声波流量计的优点

　　1.超声波流量计由换能器和转换器两部分构成。换能器可安装在被测管道的外壁上,无需将管道截断或流体停流。这是一种非接触式测量,不阻扰管道内流体的流动,无压力损失、无介质泄漏,并且对介质的导电性和腐蚀性没有任何要求,仪表安装简单、操作方便。量程范围广,适合各种口径的管道,节省安装费用。智能度高,仪表维护量小。

　　2.采用智能型计算器,大容量的数据记录仪,有200KB到1MB的数据存储器,可以存储流量测量的历史数据,便于判断仪表故障,方便计量结算。

　　3.具有检测和指示含气量的功能,可以配合工艺操作。

　　4.系统设有自诊断功能,可以对管道中流体状态进行分析。当测量条件满足工作要求后,能自动恢复原工作状态。

　　5.仪表性能稳定,一般的时差式流量计准确度为1%~2%,可以满足循环水测量的需要。

　　三、影响流量计测量准确度的因素

　　1.上下游直管段对测量准确度的影响

　　标定系数K是雷诺数的函数,流体从层流过渡到紊流,流速分布不均匀,标定系数K将产生较大的变化,引起测量准确度下降,根据生产商要求,换能器应安装在上游直管段为10D,下游直管段为5D的位置,对于上游存在泵、阀等设备时直管段的长度,要求“距离紊流、震动、热源、噪音源和射线源越远越好”。我厂在试用该种流量计时曾遇到了上述问题,有一台流量计因为换能器上游有泵存在,而且换能器安装位置上游直管段不足10D,造成测量数据的波动大,一直不稳定,通过查询有关资料发现,日本JEMIS(日本电气测量仪器工业会)的标准对此有明确要求,如果换能器安装位置的上游有泵、阀等设备,要求直管段为30D以上。因此,直管段长度是保证测量准确度的主要因素。