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超聲波流量計和測量膠水計量表在不同的環境下各有優勢

點擊次數:2288 發布時間:2021-09-08 01:06:12
摘要:通過對超(chāo)聲波流量計和測量膠水計(jì)量表概論(lùn)、工(gōng)作原理、分類和工作性能區別的比較,揭示了中國現階段兩種*常用流量計的特征和不(bú)同優勢。
1、超聲波流量(liàng)計和測量膠水計量表的概念
超聲波流量計是(shì)通過檢(jiǎn)測流體流動(dòng)對超聲束(或超聲(shēng)脈(mò)衝)的作用(yòng)以測量流量的儀表。超聲流量計和測量膠水計量表一樣,因儀表(biǎo)流通通道未設置任何阻礙件,均(jun1)屬無阻礙流量計,是適於解(jiě)決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測(cè)量方麵有較突出的優點,近年來它是發展迅速的一(yī)類流量計之一。
測量膠水計量表是一種根據法拉*電磁感(gǎn)應定(dìng)律來(lái)測量管內(nèi)導電介質體積流量的感應式儀表,采用單片機嵌入式技術,實現(xiàn)數(shù)字勵磁,同時在測量膠水計(jì)量表上采用CAN現場(chǎng)總線。
2、超聲波流量計和測量(liàng)膠水計量表的工作原理
超聲波流量計由超聲波換能(néng)器、電子線路及流量顯示和(hé)累積係統三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉換為超聲波能量,並將其發射(shè)到被測流體中,接收器接收到的超聲(shēng)波(bō)信號,經電子線路放大並轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀(yí)表進行顯示和(hé)積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。超聲波流量計常用壓電換(huàn)能器。它利用壓電材料的壓(yā)電效應,采用適(shì)出的發射電路把電能加(jiā)到發射換能器的壓電元件(jiàn)上,使其產生超聲波振動。超聲波以(yǐ)某一角度射入流體中傳播,然後(hòu)由接收換(huàn)能器接收,並經壓電元件變為電能,以便檢測。發射換能器利用壓電元件的(de)逆壓電效應(yīng),而接收換能器則是利用壓電效應。測量(liàng)膠水計量表的工作原理是基於法拉*電磁(cí)感應定律(lǜ)。在(zài)測(cè)量膠水計量表中,測量管內的導電介質相當於法拉*試驗中的導電金屬杆,上下兩端的兩個電磁線(xiàn)圈(quān)產生恒定磁場。當有導電介質流過時,則會產生感應電壓。管道內部的兩個電*測量產生的感應電(diàn)壓。測量管道通過不導電的內襯(橡膠,特氟隆等)實現與流體和(hé)測量(liàng)電*的電磁隔離。導電(diàn)性液體在(zài)垂直於磁場的(de)非磁性測量管內流動,與(yǔ)流動(dòng)方向垂直的方(fāng)向上產生與流量成比例的感應(yīng)電勢,電動勢的方向按“弗來明右手規則”。
3、超聲波流(liú)量計和測量膠水計量表的分類
根據檢測的方式,可分為(wéi)傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法(fǎ)及相關法等不(bú)同類(lèi)型的超聲波流量計。根據(jù)對信號(hào)檢測的原理,目前超聲波流量計大致可分(fèn)傳播速度(dù)差(chà)法(包括:直接時差法、時差法、相位(wèi)差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關法、空間濾(lǜ)波法及噪聲法等類型。其中以噪聲(shēng)法原理及結構*簡單,便於(yú)測量(liàng)和攜帶,價(jià)格便宜但準確(què)度較低,適於在流量測量準確度要求(qiú)不高的場合使用。
由於直接時差(chà)法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈衝順流和逆流傳報時速度(dù)之差來(lái)反映流體的流速的(de),故又統稱為傳播速度差(chà)法。其中頻差法和時差法(fǎ)克服了(le)聲(shēng)速隨流體溫度變化帶來的誤差,準確度較高,所以被廣泛(fàn)采用。按照換能器的配置方法不同,傳播速度差撥又分為:Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。
測量膠水計量表按激磁電流方式劃分(fèn),有(yǒu)直流激磁、交流(工頻或(huò)其(qí)他頻率)激磁、低頻矩形波激磁和雙頻矩形波(bō)激磁(cí);按輸出信號連接和(hé)激磁(或電源(yuán))連線(xiàn)的製式分類,有四線製(zhì)和二(èr)線製(zhì);按轉(zhuǎn)換器與(yǔ)傳感器(qì)組裝方式分類,有分(fèn)體型和一體型;按流量傳感器與管道連接方式分類,有法蘭型、夾持型、衛生型、插入型、螺紋連接;按流量傳感器電*是否與被測液體接觸分類,有接觸型和非接觸型;按流量傳感器結構(gòu)分類,有短管型和插入型(插入式測量膠水計量表);按用途分類,有通用型、防爆型、衛生型、防侵(qīn)水型和(hé)用於明渠流(liú)量測量的潛(qián)水(shuǐ)型(明渠流量計)。
4、超聲波流量計(jì)和(hé)測(cè)量膠(jiāo)水計量表的主要區別
4.1介質不同(tóng)
超聲(shēng)波流量計的流量測量(liàng)準確度幾乎不受被測流體溫(wēn)度、壓力(lì)、粘度、密度等參數的影響,又可製成非(fēi)接觸及(jí)便攜式測量儀表,故可解決其它類型儀表所(suǒ)難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易(yì)燃易(yì)爆介(jiè)質的流量測量問題。
測量膠水計量表不能(néng)測量導電率很低(dī)的液體,如石石油製(zhì)品和有機溶劑等。通用型測量膠水計量表由於裏襯材料限製(zhì),不能測量溫度較高液(yè)體(tǐ)。測量膠水(shuǐ)計量表是通過(guò)測(cè)量(liàng)導電液體的速度確定工作(zuò)狀態下的體積流量。按照計量要求,對(duì)於(yú)液態介(jiè)質,應測量質量流量,測量(liàng)介質流量應涉及到流體的密度,不同流體(tǐ)介質具有不(bú)同的密度,而且隨溫度變化。如果測量膠水計量(liàng)表轉(zhuǎn)換器不考慮流體密度,僅給出常(cháng)溫(wēn)狀態下的體積流量(liàng)是不合適的。
4.2準確度不同
超聲波流量計是通過測(cè)量流體速度來確(què)定(dìng)體積(jī)流量,對液體應該測量(liàng)它的質量流量,儀表測量質量流量是通過體積流量乘以人為設定的密度後得到(dào)的,當流體溫度變化時,流體密度是(shì)變化的,人為設定密(mì)度(dù)值,不能保證質量流量的準確度。隻能在測量流體速度的(de)同時,又測量了流體密度,才能通過運算,得到真實質量流量值。
從超聲波流(liú)量計在國內市場使用的經驗來看,目前所存在的缺點主要是可測流體的溫度範圍受超聲波換能鋁和換能器與管道之間的耦合材(cái)料耐(nài)溫程度(dù)的限製,另外不足的是(shì)高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據不全。目前中國的超(chāo)聲波(bō)流量計隻能(néng)用於(yú)測量200℃以下的(de)流(liú)體。
超聲波流量計和測量膠水計量表的測量媒介不同,超聲波是采用聲(shēng)波(bō),頻率很低,超聲波頻率20KHz~100KHz,雷(léi)達是采用2.4GHz級(jí)別的電磁波(bō),超聲波(bō)的限製性比較大,很容易受到其它鐵製物體的(de)幹擾,另外頻率低,衰減(jiǎn)大(dà),測量範圍(wéi)小,應用的麵比較窄,常用在(zài)大口徑的水管線的流量測量和明渠類流量計測液位來換算成流量。也有用在固體料倉(cāng)上的。電磁的頻率(lǜ)高,衰減小,如果加上導(dǎo)波管測量範圍可以很大,用在儲罐(guàn)上比較多。但是需要注意介電常數,介電常數太小的介質(zhì)沒法測(cè)或測量範圍很小。由於這(zhè)種傳感器必須保持管道內電阻和測量電路阻抗之間(jiān)有一定比例關係,因此在製造上有一定困難。當被測介質的電導率約為10Ω/cm時就開(kāi)始產生困難,電導率更低時就(jiù)產生原理性困難。 當電導率為10Ω/cm時,就達到導電介質和電介質之間的“分界線”,熱噪(zào)聲(shēng)電平隨內阻的增大而顯著增加。
高精度超聲流量計均為多聲道或管(guǎn)段式,中、小口徑管段式超聲流(liú)量計通(tōng)常都做實流標(biāo)定,具有0.5%準確度。目前廣泛使用的國產單(dān)聲道超聲流量標稱精度為1%,但在實際應用中,由於現場管(guǎn)道的內徑、壁厚、 圓度都無法精確測量等諸多因素會(huì)使測量準確度超出標稱(chēng)準確度許多,對供水(shuǐ)行業的計量來說,超聲波流量計的實際測量誤差能控(kòng)製在3%以內就算高準確度了。
4.3安裝(zhuāng)、維護、檢定成本不同(tóng)
超聲波流量計適用於大型圓形管道和矩形(xíng)管道,且原理上(shàng)不受管(guǎn)徑(jìng)限製,其造價基本上與管徑無關(guān)。對於大型(xíng)管道不僅帶來方便,可認為在(zài)無法實現實流校驗的情況下是優(yōu)先(xiān)考慮的選(xuǎn)擇方案。超聲流量計可作非接觸測量。夾裝式換能器超聲流量計可無需停流截管(guǎn)安裝,隻要在既設管道外部安裝(zhuāng)換能器即可。這是超聲流量計在工業用流量儀表中具有的獨特優點,因此可作移動性(即非定點固定安裝)測量,適用於(yú)管網流動狀況評(píng)估測定超(chāo)聲流量計(jì)為無流動阻撓測量,無額外壓力損(sǔn)失。流量計的儀表係數是可從(cóng)實際測量管道及聲道等幾何尺寸(cùn)計算求得的,既可采用幹法標定,除帶測量管(guǎn)段式(shì)外一般不需(xū)作實流校驗。超聲波流(liú)量計主要是管外安裝和插入式安裝,簡單(dān)方(fāng)便(biàn),可在線拆卸,維護時不需(xū)要工藝停車,不影響生(shēng)產,檢定(dìng)費用低,按**計(jì)量檢定規程每3年檢定一次。
測(cè)量膠水計量表的安裝與調試比其它流(liú)量計複雜,且要求更嚴格(gé)。變送器(qì)和轉換器(qì)必須配套使用,兩者之間不能用兩種不同型號的儀表配用。在安裝變送器時,從安裝(zhuāng)地點的選擇(zé)到具體的安裝調試,必須嚴格按照(zhào)產品(pǐn)說(shuō)明書要求進行。安裝地點不能有振動,不能(néng)有強(qiáng)磁場。在安(ān)裝時必須使變送器和管道有良好的接觸及良好的接地。變送器的(de)電位與被測流體等電位。在使用時,必須排盡測量管中存留的氣體,否則會造成較大的測量誤差。測量膠水計量表需要在有電導率的(de)液體條件下安(ān)裝,而且一般測(cè)量膠水計量表的安裝必須截管安裝,但是測量膠水計量表的特點是在符合條件的現場條件下準確度高。測量膠(jiāo)水計量(liàng)表(biǎo)拆卸麻煩,必須要求工藝(yì)停(tíng)車(chē),拆卸送檢麻煩,如果是0.5%準確度按**計量檢定規程每半年需檢定一次。
4.4幹擾(rǎo)來源不同
幹擾了超聲(shēng)波工(gōng)作,就是(shì)幹擾(rǎo)了超聲波流量計工作。幹擾超聲波工作的(de)主要(yào)因素有溫度的劇烈變化(huà)和雜波的幹擾,或(huò)管道內有特定角度的旋流或者結構使得流(liú)量計發射出的超聲波不能有效的回收。
電化學*化電(diàn)勢幹擾是由於電*感生電動勢在兩**性不同而導致電解質在電*表麵*化產生。雖然(rán)采用正負交變勵(lì)磁磁場能顯(xiǎn)著減弱*化電勢的數量級,但不能根本上完全消除*化電勢幹擾。其特性於流體介質的性質、電*材料性質(zhì)、電*的外(wài)形(xíng)尺寸形狀有關,具有變化緩慢,數量級不大等特(tè)點。因此(cǐ)選擇合(hé)適的電*材料,設計*佳的電*形狀的尺寸是減小*化電勢的有效方法之一。另外采用正負兩(liǎng)*性交變(biàn)的矩形(xíng)波(bō)勵磁技術配合微處理器同步寬(kuān)脈衝采樣技(jì)術,到用微處理器運算功能前後兩次采樣值相減消除流量信號電勢中的*化電勢幹擾。
工頻幹擾噪聲是由電磁流量傳感器勵磁繞組和流體、電*、放大器輸入回路的電(diàn)磁耦合,另外測量膠水計量(liàng)表工作現場的工頻共模幹擾,其三供電電源引入的工頻串模幹擾等,其產生的物理機理均是電磁感應原(yuán)理。*先(xiān)就電磁(cí)流(liú)量傳感器勵磁繞(rào)組(zǔ)和流體、電*、放大器輸入回路的電磁耦合產生的工頻(pín)幹擾(rǎo)對測量膠水(shuǐ)計量表(biǎo)工作影響*大,而且在(zài)不同的勵磁技術下其表現(xiàn)的形態、特性不同,因而采取抗幹擾措施也不同。解決測量膠水計量表(biǎo)運行中出現的問(wèn)題,可采用新型HCMOS係列芯片技(jì)術和微處理器係統電源電壓監視(shì)技術。
5、結語
綜(zōng)合以上論述,超聲波(bō)流(liú)量計(jì)和測量膠水計量表在不同的環境下各有(yǒu)優勢。在小成本作業,對測量準確度(dù)要求不高的情況下,宜多使用超聲波流量計;在(zài)安裝、維護資金充足,對測量準確度要求高的情況下,應多采用測量膠水計量表。當然,計量檢測人員要認真考察工作環境中對流量計的幹擾來源,並采取有效的抗幹(gàn)擾措施。

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