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便攜式超聲波流量計現場管道流量(liàng)測量與分析
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現在盛行的便攜式超聲(shēng)流量計
使用方便靈(líng)活,一般适用于測量大口徑管(guǎn)道的流量(liàng),然而現場應用(yòng)的實(shí)際測量精度,常因工(gōng)作疏忽,換能器安裝距離及流通面積(jī)等測量的誤差而(ér)造成精度下降(jiàng)。不正确的安裝甚至(zhì)會使得儀表
完全不(bú)能工作。因此,儀表現場的安裝與調試對于測量是(shì)非常重要環節(jiē),本文就現場使用超(chāo)聲波流量計所遇到的問題進行(háng)分析,總結出管道流(liú)量精确測量的方法。
1 超聲波(bō)流量計的原理
超聲流量(liàng)計利用超聲波在流動的(de)流體(tǐ)中傳播時(shí),可以載上流體流速信息的特(tè)性,通(tōng)過接收和(hé)處理穿過流體(tǐ)的超聲波信息就可以檢測出(chū)流體的速(sù)度,從而換(huàn)算(suàn)成流量。它具有(yǒu)下列主(zhǔ)要特點:①解決了(le)大管徑、大流量及各類明渠、暗渠的測量困難的問題;②對介質(zhì)幾乎無要求;③測(cè)量準确度幾乎(hū)不受被測流體溫度、壓力、密度(dù)、粘度等參數的影響;④測量範圍度寬,一般可達20∶1。
時差法[1]測量是在被測流體内由兩對超聲波(bō)發生器和接收器組成兩個通道,分别在順流方向和逆流方向發射超聲波脈沖(chòng),測量其傳播的時間差△t。
順流方向發射超聲波脈沖的傳播時間爲
逆流(liú)方(fāng)向發(fā)射超聲波脈沖的傳播時間爲
其中:L——超聲波發射器到接收器之(zhī)間的距離,也稱聲程;c——被測流體靜止時的超聲波傳播速(sù)度;u——被測(cè)流體的(de)速度。
在順流和逆流情況下超聲波的傳播時間差爲
由于超(chāo)聲波傳播速度c遠大(dà)于流體流速u,故可認爲c
2
-u
2
≈c
2
,故
即
由上式(shì)可見:當超聲波在(zài)靜止流體中的傳(chuán)播速度可(kě)認爲常數時,流體流速就與時間(jiān)差△t成正比,測量△t即可得到(dào)流速,進而求得流量。
2 超聲波流量(liàng)計的(de)安裝與調試
一(yī)般,超聲波流(liú)量計的安裝應從以下幾個(gè)方面考慮:①詳細了解現場情況;②确定安裝方式;③選擇(zé)安裝管段;④計算安裝(zhuāng)距離,确定探頭位置;⑤管道表面(miàn)處理;⑥探頭安裝及接線;⑦用示波器
觀察接(jiē)收(shōu)波形,微調并固定探頭。
2.1 換能器[2]的安裝
(1)正确選擇(zé)安裝地點(diǎn)
一般,當管道内徑爲D時上遊直管(guǎn)段長度應大于10D,下遊大于5D。當上遊有泵、閥門等阻力件時,直管段(duàn)長度至少應有30~50D,有時甚至要求更高,如距泵房要求70~100m。當采用雙聲道或多聲道測量時(shí),表前直管段可以有明顯縮短。
不同形式阻流件應配置的(de)直管段長度列(liè)于表1所示(shì)。
(2)正确選擇安裝方式[3]
當流體平行于管軸(zhóu)流動(dòng)時,通常可用圖1中的透過法(Z法)安裝能獲得較好的精度。但當流體流動方向與管軸不平行,存在(zài)半徑方向的速度成分(fèn)時(shí),應(yīng)采用圖1中的(de)反射(shè)法(V法)或(huò)者采用2V法安裝。對于已配置好(hǎo)的流(liú)體管道,特别是測量大口徑管道流量時,由于上遊流動狀态的(de)幹擾而易于造成測量誤差的(de)場合,比較合适的措施是增加測量線,即(jí)增加超聲波的傳播(bō)路徑,更多地接受傳播路徑中的(de)流速信息,進行平(píng)均,以抵消(xiāo)流體擾動造成的測量誤差(chà)。增加測量線時,換能器的安(ān)裝應(yīng)使超聲波傳播(bō)途徑(jìng)均勻地置于流通截面上。一般認爲有4條測量線(即4個換能器)就(jiù)足夠了(le)。
(3)确定安裝距離(lí)
換能器的安(ān)裝應根據具體的測量(liàng)方式依據(jù)說明書上(shàng)的步(bù)驟進行,各(gè)種測量方式下的安(ān)裝步驟略有不同,但其(qí)原理相似。下面以普遍(biàn)應用的透過法(Z法)的(de)換能器安裝爲例,說明一對換能器的安裝距離的确(què)定方法。
一對換能器的安裝有個基本原則,稱爲距離法[4]:就是發射換能器與接收換能器應在管道的半圓平(píng)分線上(對于V法,則在同一半圓基線上),并根據實際的管(guǎn)道内徑,壁厚及被測流體的性質,參數等核算,确定(dìng)兩換能器之間(jiān)的軸(zhóu)間距離h,保證安裝時(shí)h值的準确。其(qí)計算公式:
h=2δ tanθ2+D tanθ3
其中:δ——管(guǎn)壁厚(hòu);D——管内徑;θ2——聲波進入管(guǎn)壁中角度(dù);θ3——聲波進入(rù)流體中角度
目前的超聲流量計顯示儀(yí)表(biǎo)一般都(dōu)有計算安裝距離的(de)功能,隻要(yào)将管道材料、管(guǎn)徑、壁厚、等管道參數,流量計就能計量出安裝距離h,然後用(yòng)上述的距(jù)離法确定安裝位置。
上述距離法隻能(néng)用于管道條件較好的場合。當(dāng)管道條 件不好時,如由(yóu)于使用時間太長(zhǎng),結垢嚴重,又不知結垢(1)正确選擇安裝地點實際厚(hòu)度,這時就很難确定安裝距離(lí)h,對于這種(zhǒng)情況,可采用(yòng)渡越時間法[5]安(ān)裝換能器。
圖1 換能器的(de)安裝
首先将顯示儀表的靈敏(mǐn)度旋(xuán)鈕到中間(jiān)位置,然(rán)後按要求将一隻(zhī)換能(néng)器固定在管道(dào)的一側,将另一(yī)隻換能器塗上黃油在管道的另一側沿上,下,左,右方(fāng)向移動,觀察顯示儀表的循環顯(xiǎn)示燈或數字(zì),當循環(huán)顯示(shì)燈亮了或有數字顯示,則微動換能器,觀察渡越時間,當渡越時間(jiān)接近所給定的數值時,停止移動換(huàn)能器(qì),此時若渡(dù)越時間的前4位數穩定時,說明換能器已安裝好。将換能(néng)器固(gù)定好,儀表就(jiù)可(kě)以正常工作了。
2.2 顯示儀表的安裝(zhuāng)
(1)顯示儀表的安裝地點
顯示儀表的安裝地點應選擇振動沖擊很小的位置(zhì),注意避免電磁場(chǎng)的影響,儀表(biǎo)電源應避免引起電(diàn)壓波動,使用環境溫度亦應在說明書中的範圍之内,除特殊密封(fēng)儀(yí)表外,應安裝在無腐(fǔ)蝕性的環(huán)境中。
(2)連線長度
儀表與換能器(qì)之間的連線應用屏蔽線,連線長度(dù)按說明書要求,一(yī)般不超過500m,但在發電廠(chǎng),由于幹擾較大,連線長度(dù)一般不超過100m。
3 實際案例與(yǔ)經驗總結
爲了找出影響(xiǎng)超聲波流(liú)量計精度的因素,在(zài)測量江蘇東南鋼(gāng)鐵廠排水(shuǐ)系統管道流量的時候,進行了(le)現場的試驗。總結了一下幾點經驗。
(1)要有(yǒu)足夠長的表(biǎo)前直管段長度(如(rú)表1所示)。
(2)管道幾何尺寸精确,管内結垢(gòu)不能(néng)太厚。由流量與管徑的關系可(kě)知,管徑每存在1%的誤(wù)差,就會産生約3%的流量測量誤差。因此,使用超聲波流量計時,必須将壁厚測量精确(què)。
管道結垢,不但造(zào)成管徑誤(wù)差,還會使(shǐ)聲波(bō)發生散射,降低(dī)超聲波流量計的測量精度。結垢過厚時,儀表甚至不能工作。表2爲管道結垢(gòu)對流(liú)量測量的影響計算表。
對于有(yǒu)的管道結(jié)垢已非常嚴重(zhòng),可以(yǐ)先把換能(néng)器拿下來,用手錘敲敲安裝換能器的部位,水垢收到震動後(hòu)會局部(bù)掉落(luò)下來,再把換能器(qì)安裝在管道上測試,如果還不行,隻(zhī)有建議單(dān)位将測量段管(guǎn)道更新爲不鏽鋼管道。
(3)在儀表(biǎo)的上遊的(de)管道(dào)上設置排氣閥
輸(shū)水管道中有空氣(qì)是普遍存在的問題,源水管道中氣(qì)體含量更大。管道中(zhōng)的氣體占據管(guǎn)道有效截(jié)面積,使流量測量産生誤差。如果(guǒ)管道中氣體過多(duō),會使超聲波發生散射而使儀(yí)表不能(néng)工作。因此,在儀表上遊安裝排氣閥是必要的。
排氣閥的位置應安裝在儀表上遊30D以上處,每隔一定時間就應排氣(qì)一次。在東南鋼鐵廠DN600和DN900兩(liǎng)管道做試驗(yàn)發現,在沒有安裝排氣閥時,流量計約多計水量9%~10%。
(4)管道中的流體沒有充滿管道
當換能器在管道上(shàng)安裝(zhuāng)好後,流量計接收的強(qiáng)度信号在熒幕上仍沒有顯(xiǎn)示,而其他預顯程序(xù)正常時,說明管道中流體沒有充滿管道。
4 結束語
通(tōng)過對基本原理的了解和現場試驗的經驗總結,再次對(duì)東南鋼鐵廠的(de)排水系統測量流量(liàng),通過與已校準的在線流量計的對比,發現當考慮了以上幹擾精度的因素和采用合适的安裝方法(fǎ)後,測量精度由第一次(cì)的±1.67%提高到±0.81%,滿足了測(cè)試精度的要求。
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發布時間:2014/12/15
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