淺析多通道超聲波流量計的測量原理及安裝要求

　　超聲波流量計用于流體的流量測量已經逐漸在測量領域流行起來，與傳統的流量儀表相比其計量精度更高，對各種管徑的適應性更強、無無須接觸介質、方便使用、方便維護、因其具有強大的通訊能力，更易于進行數字化的管理。近幾年，伴隨著電子科技的進步與電子元器件產品生產成本與采購成本的進一步下降，讓超聲波流量計的生產制造成本也大大降低，以前昂貴的超聲波流量計已走入普通儀表采購領域中。超聲波流量計的測量有單聲道與多聲道之分，單聲道超聲波流量計價格更經濟主，能夠適應絕大部分的測量要求，但對于一些高端的測量要求則有點力不從心了。因此如何通過多通道來增強測量的精度和更多的適應性則應運而生，已成為近年來流量測量的一個研究熱點，許多流量計都在原有技術的基礎上向多通道測量改進，采用多通道測量有以下兩個原因：延長聲程和確定截面流速分布。本文對于多通道測量技術的測量原理和安裝要求作簡要分析。
　　1、多通道測量超聲波流量計測量原理
　　1.1時差法超聲波流量計測量原理
　　當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產生微小變化，并且其傳播時間的變化正比于液體的流速。。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。其原理圖如圖1所示：
　　常用單聲道的時差法超聲波流量計是以超聲波的時間差方法為基礎。利用超聲波脈沖在通過液體順逆兩方向上傳播速度之差，來求圓管內液體的流量，其關系表達式如下：
　　通過時間指標：
　　與系數Kh相乘，得到體積流量：
　　1.2以確定截面流速分布為目的的多通道測量
　　流體的流態可以分為層流和紊流兩種，而單聲道測量求出的是聲路上的平均線速度，為了求出流量，僅知道這個平均速度是不夠的，必須知道流速在橫截面上的分布曲線，為此可以在管壁上安裝多對換能器，每對換能器聲束所在平面與管道軸線相互平行，且每對換能器的測量原理和前面所述的單通道基本相同，利用每個聲道測得的數據近似求出橫截面上的分布曲線，進而求出平均面速度和流量。如圖2所示是一個3聲道測量的例子：
　　1.3延長聲程和確定流速分布相結合的多通道測量
　　以2聲道測量為例子，其聲道從管道截面和側面上看如圖3所示：
　　圖中的4個超聲波探頭都安裝在過軸線的同一個平面上，管道同側的2個探頭一個方向向上一個向下，每一路超聲波都是經過管壁的的兩次反射回到同側的探頭，這樣不僅可以延長聲程，而且可以得到兩個聲道測量的平均值，使測量更準確，為了更精確地確定流速分布，還可以采用4聲道5聲道等。
　　目前已經投入應用的多通道超聲波流量計中，以確定截面流速分布為目的的多通道測量的通道數量大可達到9個，再加上精確的數學分析，如插值法等，其測量精度可以達到≤±0.1～0.2% 。
　　2、超聲波流量計安裝建議
　　超聲波流量計的一般安裝條件應該滿足某幾個原則，即保證設備的可靠性，精確性，可重復性和長期的穩定性。管線內的氣體或固體被限制到小以避免流量計產生錯誤。事實上，氣泡或者固體顆粒影響超聲波在管道中傳輸，儀表會產生不可靠的數據。由于管線比較長，壓力損失幾乎不存在，不會產生憋壓現象，氣相的轉換也可以避免。
　　2.1安裝環境的要求
　　2.1.1環境溫度：高寒、高熱環境既有可能縮短儀表的使用壽命，更有可能損害儀表的測量性能，因此，任何測量儀表都會對外界環境溫度的適應能力做出自身的具體規定。在某些特殊情況下（比如，被測介質與外界環境之間的溫差較大并且測試流量較低），為預防外界環境溫度對測量結果造成的附加影響，建議對儀表及其上下游的測量管加裝遮雨防曬設施或者采取必要的隔熱保溫措施。
　　2.1.2振動：超聲波流量計雖然在出廠前都經過了嚴格的機械振動試驗，但是作為一種精密的測量儀表，如果長期在靠近振動源或具有振動的環境中使用，其測量性能及壽命都有可能受到嚴重的影響。因此，**的方法就是遠離或消除振動。
　　2.1.3電氣噪聲：超聲波流量計作為一種以微電技術為基礎的高精度測量設備，雖然其本身具有一定的抗外界電磁和電子干擾的能力，但是安裝現場往往復雜多變，如果不對使用環境中的“電氣噪聲”提出要求，那么在設計和安裝時就有可能由于疏忽將其置于電磁場合電子干擾環境之中，比如變壓器或固定的無線通訊場所附近，儀表測量的準確性及工作的可靠性就因此可能受到影響。
　　2.2安裝管段的要求
　　2.2.1上游收斂； 2.2.2上游單束； 2.2.3上游分散。
　　2.3安裝注意事項
　　在管道上安裝設備時，應核對：
　　a.流量計上游是否清潔 b.法蘭和接口是否一致
　　c.法蘭的緊固是否對上下游的管線產生過多的影響
　　d.電氣連接位置是否妥當 e.防爆保護滿足需求
　　f.如安裝在危險區域，電源和儀表電纜應該滿足電氣規范。
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