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超聲波流量計(jì)和智能型(xíng)氨(ān)水流量計在不同的環境(jìng)下各有優勢

點擊次數:2642 發布時間:2021-09-04 02:53:18
摘要:通過對超聲波流量計和智能型氨水流量計概論、工作原理、分類和工作性能區別的比較,揭示了中國現階段(duàn)兩種*常用流量計的特征和不同優勢。
1、超聲波流量計(jì)和智能(néng)型氨水流量計的概念
超(chāo)聲波流量計是通過(guò)檢測流體流動對超聲束(或超聲脈衝)的(de)作用以測量流量的儀表。超聲流量計和智能型(xíng)氨水流量計一(yī)樣,因儀表流通通道未設置任何阻礙件,均屬無(wú)阻礙流量計,是適於解決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方麵有較突出的優點,近年來(lái)它是發展迅速的一類流量計之一。
智能型(xíng)氨水流量計是一種根據法拉*電磁感應定律來測量管內導電介質體積流(liú)量的感應式儀表,采用(yòng)單片機嵌(qiàn)入式技術,實現數字勵磁,同時(shí)在(zài)智能型氨水流量計上采用CAN現場總線。
2、超聲波流量計和智能型氨水(shuǐ)流量計(jì)的工作原理
超聲波流量計由超聲波換能器、電(diàn)子線(xiàn)路及流量顯示和累積係統三部分組成(chéng)。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量(liàng),並將其發射到被測流體中,接收器接收(shōu)到的超聲(shēng)波信號,經電子(zǐ)線路放大(dà)並轉換為代表(biǎo)流量的(de)電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的(de)檢測和顯示。超聲波流量計常用壓(yā)電換能器。它利用壓電材料的(de)壓電(diàn)效應,采用適出的發射(shè)電路把電能加到(dào)發射換(huàn)能器的壓電元件(jiàn)上,使其產生超聲波振動。超聲波以某一角度射入流體中傳播(bō),然(rán)後由接收換能器接收,並經壓電(diàn)元件變為電能,以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓電效應,而接收換能器則是利用壓電效(xiào)應。智(zhì)能型氨水流量計的工(gōng)作原理是基於(yú)法拉*電磁(cí)感應定律(lǜ)。在(zài)智能型氨水流(liú)量計中,測量管內的導電介質相當於法(fǎ)拉*試驗中的導電金屬杆,上下兩端的兩個電磁線圈產生恒定磁場。當有導電介質流(liú)過時,則會產生感應電壓。管道(dào)內部的兩個電*測量產生的感應電壓。測量管道(dào)通過(guò)不(bú)導電的內襯(橡膠,特氟隆等)實現與流體和測量電*的電磁隔離。導電性液體在垂直(zhí)於磁場(chǎng)的(de)非磁性測量管內流動,與(yǔ)流動方向垂直(zhí)的方向上產生與(yǔ)流量成比(bǐ)例的感應電勢,電動勢的方向按“弗來明右手規則”。
3、超聲波流量計和智能型氨水流量計的分類
根據檢(jiǎn)測的方式,可分為傳播速度差法、多普勒法、波束(shù)偏移法、噪聲法及(jí)相關法等不同類型的(de)超聲(shēng)波流(liú)量計。根據對信號檢測的原理,目前超聲波流量計大致可分傳播速(sù)度(dù)差法(fǎ)(包括:直接時差法、時差法、相位(wèi)差法(fǎ)、頻差法)波(bō)束偏移法、多普勒法、相關法(fǎ)、空間濾波法及噪聲法等類型。其中以噪聲(shēng)法原(yuán)理及結構*簡單,便於測量和(hé)攜帶,價格便宜但準確度較低,適於在流量測量準確度要求(qiú)不高的場合使用。
由於直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基(jī)本原理都是通過測量超聲(shēng)波(bō)脈衝順流和逆流傳報時速度之差來(lái)反映流體的流速的,故又統稱為傳播速度差法(fǎ)。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流(liú)體溫度變化帶來的誤差,準確度較高,所以被廣泛采用。按(àn)照換能(néng)器的配置方法不同,傳播速度差撥又分為(wéi):Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。
智能型氨水流量計按(àn)激磁電流方式劃分,有直流激磁(cí)、交流(工頻(pín)或其他頻(pín)率)激磁、低頻矩形波激(jī)磁和雙頻矩形波激磁;按輸(shū)出信號連接和激磁(或(huò)電源)連線的製式分類,有四線製和二線製;按轉換器與傳感器組裝方式分類(lèi),有分體型和一體型;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;按流量傳感器結構分類,有短管型(xíng)和插入型(xíng)(插入式智能型氨水(shuǐ)流量計);按用途分類,有通用型(xíng)、防(fáng)爆型、衛生型、防侵水型和用於明渠流量測量的潛(qián)水型(明(míng)渠流量計)。
4、超(chāo)聲波流量計和智能型氨水(shuǐ)流量計的主要區別
4.1介質不同
超聲波流量(liàng)計的流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數的影響,又(yòu)可製成非接觸及便攜式測量儀表,故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導電(diàn)性、放射性及易燃(rán)易爆介質的流量測量(liàng)問題。
智能型氨水流量計不(bú)能測量導電率很低的液體,如石石油製品(pǐn)和有機溶劑等。通用型智能型氨水流量計由於裏襯材料(liào)限(xiàn)製,不能測量溫度較高液體。智能型氨水流量計是通過(guò)測量導電液體的速度確定(dìng)工作狀態下的體積流量。按(àn)照計量要(yào)求,對(duì)於液態介質,應測量(liàng)質量流(liú)量,測量介質流量應涉及到流體的密度,不同流體介質具有不(bú)同的密(mì)度,而且隨溫度變化。如果智能型氨水流量計轉換器不考慮流體密度,僅給出(chū)常溫狀態下的體積流量是不合適的。
4.2準確度不同
超聲(shēng)波流量計是通過測量流體速度來(lái)確定體積(jī)流量,對液體應該(gāi)測量它(tā)的質量流量,儀表測量質量流量是通(tōng)過體積流量乘以人為設定的密度後得到的,當流體溫度變化時,流體密度是變化的,人為(wéi)設定密度值,不能保證質量流量的準確度。隻(zhī)能在測量流體速度的同時,又(yòu)測量了流體密度,才能通過運算,得到真實質量流量值。
從超聲波流量計在國內市場使用(yòng)的經驗來看,目前所存在的(de)缺點主要(yào)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料(liào)耐溫程度的限製,另外不足(zú)的是高溫下被測流體傳聲速度的原始數據不全。目前中國的超聲波流量計隻能用於測量200℃以下的流體。
超聲波流(liú)量計和智能型氨水流量計的(de)測量(liàng)媒介不同,超聲波是(shì)采用聲波,頻率很低(dī),超(chāo)聲波頻率20KHz~100KHz,雷達(dá)是采用2.4GHz級別的電磁波,超聲波(bō)的限製性比較大,很容易受到其(qí)它鐵製(zhì)物體的幹擾,另外頻率低(dī),衰減大,測量範圍小,應用的麵比較窄,常用在大口徑的水管線的流(liú)量測量和明渠類流量計(jì)測液位來換算成流量。也(yě)有用在固體料倉上的。電磁的頻率高,衰減小(xiǎo),如果加上導波管測量範(fàn)圍可以很(hěn)大,用(yòng)在儲罐上比較多。但是需要注(zhù)意介電常數,介電常(cháng)數太小的介質沒法測或測量範圍很小。由於(yú)這種傳感器必須保持管道內電阻和測量(liàng)電(diàn)路阻抗之間有一定比例關係,因此在製造(zào)上有一定困難。當被測介質的電導率約為10Ω/cm時(shí)就開始產生困難,電導率(lǜ)更低時就產生原理性困難。 當電導率為10Ω/cm時,就達到導電介質和電介質之間的(de)“分界線”,熱噪聲電平隨內阻的增大(dà)而顯(xiǎn)著增加(jiā)。
高精度超聲流量計均為多聲道或管段式,中、小口徑管(guǎn)段式超(chāo)聲流量計通常都做實流標定,具有0.5%準確度。目前廣泛使用的國產單聲道超聲流量標稱精度為1%,但在(zài)實際應用中,由於現場(chǎng)管道的內徑、壁(bì)厚(hòu)、 圓度都無法精確測量等諸多因素會使測量準確度超出標稱準確(què)度(dù)許多,對供水行業的計量來說,超聲波流量計的實際測量誤(wù)差(chà)能控製在3%以內(nèi)就算(suàn)高準確度(dù)了。
4.3安裝、維護、檢定成本不同
超聲波流量計適用(yòng)於大型圓形管道和矩形管道,且原理上(shàng)不受管徑限製,其造價基本上(shàng)與管徑無關。對於大型管道不僅帶來方便,可認為在無法實現實流校驗的情況下是優先考慮的選擇方案。超聲流量計可作非(fēi)接觸測(cè)量。夾裝式換能器超聲流量計可(kě)無需(xū)停(tíng)流截管安裝,隻要在既設管道外部安裝換能器即可。這是超聲流量計在工業用流(liú)量儀表中具有的獨特(tè)優點,因此可作移動(dòng)性(即非定點固定安裝)測量,適用於管網流動狀況評估測定超(chāo)聲(shēng)流(liú)量計為無流動(dòng)阻撓測量,無額外壓力損失。流量計(jì)的儀表係數(shù)是可從實際測量管道及聲(shēng)道(dào)等幾何尺寸計算求得的,既可采用幹(gàn)法標定,除帶測量管段式外一般不(bú)需作實流校驗。超聲(shēng)波流量計主(zhǔ)要是管外安裝和插入式安裝,簡單方便,可在線拆卸,維(wéi)護時不需要工藝停車,不(bú)影響生產,檢定費用低,按**計量檢定規程每3年檢(jiǎn)定一次。
智能型氨水流量計的安裝與調試比其它流量計複雜,且要求更嚴格。變送(sòng)器和轉換器必須配套使用,兩者之間不(bú)能用兩種不同型(xíng)號的儀表配用。在安裝變送器(qì)時,從安裝(zhuāng)地點的選擇到具體的安裝調試,必須嚴格按照產品說明書要(yào)求進行。安裝地點不能有(yǒu)振(zhèn)動,不能有強磁場。在安裝時必須使變送器(qì)和管道有良好的接觸及良好的接地。變送器(qì)的電位與被測流體等電位。在(zài)使用時,必須排(pái)盡測量(liàng)管中存留的氣體,否則會造成較大的測量誤差。智能型氨(ān)水流量計需要在有電導率的液體條件下安裝,而且一般智能型氨水流量計的(de)安裝必須截管安(ān)裝(zhuāng),但(dàn)是智能型(xíng)氨水流量計的特點(diǎn)是在符合條(tiáo)件的(de)現場條件下準確度高(gāo)。智能型氨水流量計拆卸麻煩,必須要求工藝停車,拆卸送檢麻煩,如果是0.5%準確度按**計量檢定規程每半(bàn)年需檢定一次。
4.4幹擾來源不(bú)同
幹擾了超聲波工作,就是幹擾了超聲波流量計工作。幹擾超聲(shēng)波工作的(de)主要因素有溫度的劇烈變化和雜波的幹擾,或管道內有特定(dìng)角度的旋流或者結構使得流(liú)量計發射出的超聲波不(bú)能有效的回收。
電化學*化電勢幹擾是由(yóu)於電*感生(shēng)電動勢在兩**性不同而導致電解質在電*表(biǎo)麵(miàn)*化產生。雖然(rán)采用正負交變勵磁磁(cí)場能顯著減弱*化電勢的數量級,但(dàn)不能根本上完全消除*化電勢幹擾。其(qí)特(tè)性於流體介質(zhì)的性質、電*材料性質、電*的(de)外形尺寸形狀有關(guān),具有變化緩慢(màn),數(shù)量級不大等特點。因此選擇合適的電*材料,設計*佳的電*形狀(zhuàng)的尺寸是減小*化電(diàn)勢的有效方法之一。另外采用正負兩*性交變的矩(jǔ)形波勵磁技(jì)術配合(hé)微處理器同步(bù)寬脈衝采樣技術,到用微處理(lǐ)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(huà)電勢幹擾。
工頻幹擾噪聲是由(yóu)電磁流量(liàng)傳感(gǎn)器勵磁繞(rào)組和流體、電*、放大器輸入回路的電磁耦合,另外智能型氨水流量計工作現場的工頻共模幹擾,其三供電(diàn)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理。*先就電磁流量傳(chuán)感器勵(lì)磁繞組和(hé)流體、電*、放大器(qì)輸入回路的電磁耦合(hé)產生的工(gōng)頻幹擾(rǎo)對智能型氨水流(liú)量計工作影響*大,而且在不同的勵磁(cí)技術下其表現的(de)形態、特性不(bú)同,因而采取抗(kàng)幹擾措施也不同。解決(jué)智能型氨水流量計運行中出現的問題,可采(cǎi)用新型HCMOS係(xì)列芯(xīn)片技術和微處(chù)理(lǐ)器係統電(diàn)源電壓監視技術。
5、結語
綜合以上(shàng)論述(shù),超聲波(bō)流量計和智能型氨水流量計在不同的環境下各有優勢。在小成本作業,對測量(liàng)準確(què)度要求不高的情況(kuàng)下,宜多使用超聲波流量計(jì);在安裝、維護資金充足,對測量準確度要(yào)求高的情況下,應(yīng)多采用智能型氨水流量計。當然,計量檢測人(rén)員要認真考察工作環境中(zhōng)對流量計的幹擾(rǎo)來(lái)源(yuán),並采取有效的抗幹擾措施。

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