简便可靠的夹持式超声波测量技术

　　1　超声波流量计的测量原理

　　工业领域中,超声波流量计用于气体、液体和蒸汽的体积流量测量,已经有几十年的历史。根据不同的原理,超声波流量计进行测量的方法有如下几种:①时差测量法;②多普勒效应法;③波束偏移法;④相关法;⑤噪声法。

　　在现实应用中,时差测量法的超声波流量计具有精度高并且可靠性好的优点,是应用范围最广泛的测量仪表之一。

　　时差测量法是通过测量超声波在流体中传播的时间差来测量流体流量的方法。其物理原理如下:声波在流体中传播,顺流方向声波传播速度会增大,逆流方向则减小,同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速。形象地说,若我们同时从一条河的两岸出发,划艇以相同的路线穿过河到达对方的出发点,一个顺流,另一个逆流,则顺流的一艘小艇到达对岸的时间比逆流的那艘小艇到达对岸的时间短。

　　同样地,超声波在被测介质中传播时,与液体流动方向相同时的传播速度比逆向时的传播速度快(VAB>VBA),超声波传播的时间差(tBA-tAB)正比于被测介质的平均流速(Vm),单位时间内的体积流量=平均流速(Vm)×管道截面积。检测超声波的传播时间差即可测量被测介质的流量。超声波传播速度与传播时间如表1所示,其检测原理如图1所示。

　　图1中:A为探头A和接收器;B为探头B和接收器;c0为在介质(流体)中的声波传播速度;GK为仪表常数;L为声波发出到折返管壁的距离;tAB为声波从A点到B点的传播时间;tBA为声波从B点到A点的传播时间;VAB为声波从A点到B点的传播速度;VBA为声波从B点到A点的传播时间;Vm为被测介质的平均流速;φ为测量声道与测量管中心轴线的夹角。

　　2　夹持式超声波测量技术

　　2.1　夹持式超声波流量计的特点

　　夹持式超声波流量计上市已有很长时间,它提供了一种无需中断工艺流程,就能便利地进行测量流量的方法。由于它可以在管道外部安装,对管道没有损伤,无压力损失,无阻挡部件,具有可移动测量的特性,特别适用在不能截断或不能打孔的工艺场合。其典型的应用场合有给水、工厂排放液(较清洁介质)、集中供热循环热水、烃液、液化气、液化丙烷气、非导电清洁化学液等,在国外还有高压天然气等领域的应用。由此,夹持式超声波流量计以应用灵活、适应性强、易维护、成本低廉等优点,成为目前极具竞争力的流量测量设备之一。

　　2.2　常规夹持式超声波流量计存在的问题

　　根据多年的应用经验我们知道,到目前为止要使用夹持式流量计获得准确可靠的流量计量结果仍可能存在问题。这是因为,其测量结果的准确度很大程度上依赖于用户所输入的管道和介质参数。管道以及介质参数的不准确,将必然造成流量计量结果的可靠性和准确度较低。不同管道和衬里材料,理想和不理想的流量状况,温度变化以及上游的干扰等各种因素,都可能大大降低夹持式流量计的性能。