CO2的浓度含量对超声波气体流量计的精度影响

　　1　引　言

　　超声波气体流量计是近十多年来新兴的一种气体流量测量仪表,相对于其它的传统流量计,它具有测量精度高、可测量双向气流、无流阻、维修费用低等独特的优点逐渐被广泛应用于气体流量的计量。在一定范围内气体组分不会对气体流量的测量有太大影响,但单气体中CO2浓度太高时由于声衰减较大会对其测量精度带来影响。为了检验CO2的浓度对我们同济大学声学所研制的多通道超声波气体流量计的测量精度影响,我们进行了以下实验,实验结果表明,即使在CO2的浓度较高的情况下,由于一些技术措施的采用,流量计依然可以保持较高的测量精度。

　　2　实验系统、实验过程和实验方法

　　2.1　实验系统

　　采用图1所示的实验系统。

　　2.2　实验过程

　　(1)将超声波气体流量计接入实验系统后打开阀门2、3、6、7,其它阀门处于关闭状态,启动真空泵将流量计各管道中原有气体排出并引入室外空气;

　　(2)打开阀门6、8,其它阀门处于关闭状态,开启CO2钢瓶角阀,CO2经调压后进入超声波气体流量计短截内,用湿式流量计控制进入的CO2量;

　　(3)打开阀门2、4、6,其它阀门处于关闭状态, 启动真空泵,使超声波气体流量计测量短截内加入的CO2与原有的空气混合均匀; (4)混合均匀后取样分析CO2的浓度,同时记录下超声波波形图,在实验过程中拍摄超声波接收信号的幅度,观察流量显示的情况,分析CO2浓度对流量计测量精度的影响。

　　2.3　实验方法 (1)加入CO2的控制

　　实验用超声波气体流量计短截内径为700mm, 长度为2100mm,容积为807.8L,用湿式流量计控制加入的CO2含量,以配置不同浓度的空气和CO2 混合气体。 (2) CO2浓度的分析现场通过奥式分析仪分析,同时用气象色谱仪取样分析。气象色谱仪(外标法) GC-920配 CMMC21A色谱工作站。

　　3　实验结果和分析

　　3.1　实验结果

　　用气象色谱仪分析CO2浓度(容积成分),从色谱分析图上可以得到CO2的浓度分别为0.000%、 6.487%、10.001%、14.156%、17.968%、21.224% 时相应的超声波发射接收的波形图分别如图2~图 7所示。

　　3.2　实验分析

　　CO2浓度由0.000%到21.224%变化时,基本上没有影响到气体流量计的流量显示,在各浓度情况下的流量始终显示在±2mm/R以内。图2~图7是一组调节CO2浓度与搅拌均匀的过程中超声波流量计接收的回波信号波形。图2是没有注入CO2时的回波信号,这时第一个接收上升沿饱和,接收信号在示波屏的中间位置到达。图3 是注入CO2后由于成分变化,第一回波到达的波形向后延迟了,且接收信号的幅度也有所减小。图4 是加大了CO2浓度,声时延迟更长,接收信号也更小。图5是由于CO2浓度继续增大时声时延迟更多了,接收信号幅度也更小了。接着关闭了阀门3、 5、7、8,启动真空泵,使得CO2与管道中的空气充分混合。图6、图7是CO2和空气充分搅拌后,超声波流量计接收的回波信号,此时信号的强度和没有