（声学专业论文）超声波气体流量计在非理想状态下的测量.pdf

摘要 随着工业的发展，超声波气体流量计正越来越受到人们的关注，在工业上的 应用也越来越广泛。但是国内目前所拥有的超声波气体流量计大多只能在管道和 气体都是理想的情况下才能达到工业要求的2 的精度。如果管道出现弯曲或者 说气流有脉动，超声波气体流量计能不能达到所要求的精度还需要进一步实验证 实。本文就是基于这样一个背景，实验验证我们自行研制的超声波气体流量计在 管径较小的情况下，对于不规则的管道和气流有脉动的情况下的测量状况，并且 得到以下结论： l 、在上海工业自动化仪表研究所的气柜实验条件下，超声波气体流量计 对于不规则管道的测量误差小于0 7 3 ，这表明我们的超声波气体流 量计完全可以在管道不规则的情况下测量。 2 、在实验室转子流量计的实验条件下，超声波气体流量计对于不规则管 道的测量误差小于3 。考虑到转子流量计本身误差级为1 5 ，我们认 为在转子流量计的实验条件下超声波气体流量计的误差可以允许达 到3 。 3 、在实验室转子流量计的实验条件下，超声波气体流量计对于脉动气流 的测量误差在脉动频率大于2 5 i - - i z 的情况下，测量误差小于3 ，这表 明我们的超声波气体流量计在脉动频率大于2 5 h z 的情况下，可以满 足工业测量的要求。 以上结果表明，我们自行研制的超声波气体流量计即使在管道或者气体不理 想的情况下，也可以满足工业测量的要求。 a b s t r a c t u l t r a s o n i cm e t e rf o rg a sf l o wh a ss p a r k e dg r e a ti n t e r e s ta st h ed e v e l o p i n go fi n d u s t r y i d e a l f l o wi sw e l ld e f i n e df o rm o s tv a l u e so fr e y n o l d sn u m b e ra n du l t r a s o n i cf l o wm e t e rc a l lr e a c ht h e a c c u r a c yo fb e t t e rt h a n2 b u td i s t o r t e df l o w , w h i c hi sm o s t l yc a u s e db ye l b o w ( s i n g l ee l b o wa n d d o u b l ee l b o w ) o rp u l s i n gf l o w , i sn o t u l t r a s o n i cf l o wm e t e r sa r ea f f e c t e db ys u c hd i s t o r t i o n s t h i s d o c u m e n ta p p r o v e dt h a ti nt h ec o n d i t i o no fn o ts ob i gc a l i b e rt h eu l t r a s o n i cf l o wm e t e rd e v e l o p e d b yo u r s e l v e sc a r lm e e tt h ei n d u s t r yr e q u i r e m e n ta n dd r a ws o m ec o n c l u s i o n sa sb e l l o w ： i i nt h ec o n d i t i o no fa i ra c c u m u l a t o ro fi n d u s t r ya u t o m a t i o ni n s t r u m e n ti n s t i t u t eo fs h a n g h a i ， t h ea c c u r a c yo fo u ru l t r a s o n i cg a sf l o wm o t o ri sb e t t e rt h a n0 7 3 t h i si n d i c a t e so u r u l t r a s o n i cc a l lm e a s u r et h ea s y m m e t r i cf l o w i i i nt h ec o n d i t i o no fr o t o r m e t e ro fo u rl a b o r a t o r y , t h ea c c u r a c yo fo u ru l t r a s o n i cg a sf l o wm e t e r i sb e t t e rt h a n3 c o n s i d e r i n gt h ee r r o rc l a s so f t h er o t o r m e t e ri s1 5 。w ed r a wt h ec o n c l u s i o n t h a ti nt h ec o n d i t i o no f r o t o r m e t e r , t h ee r r o ro f a b o u t3 i sr e a s o n a b l e i i i a l s oi nt h ec o n d i t i o no fr o t o r m e t e ro fo u rl a b o r a t o r y , t h ea c c u r a c yo fo u ru l t r a s o n i cg a sf l o w m e t e rc a u s e db yt h ep u l s i n gf l o ww h o s e f r e q u e n c yi sm o r et h a n2 5 h zi sb a t t e rt h a n3 t h i s i n d i c a t e st h a to u ru l t r a s o n i cf l o wm e t e rc a nm e e tt h ei n d u s t r yr e q u i r e m e n ti nt h ec a s eo ft h e p u l s ef r e q u e n c yi sb a t t e rt h a n2 5 h z a l lt h ec o n c l u s i o n si n d i c a t et h a to u ru l t r a s o n i cf l o wm e t e rc a nm e a s u r et h ef l o wr a t e a c c u r a t e l yi nd i s t o r t e df l o w 一、需求研究、向1 w i7 l 第一章概述 随着社会生活的现代化，超声波流量计正越来越受到人们的关注，它在鼓风机空气 流量的测量，城市中使用煤气及其它工矿企业中大量使用的气体原料或产品的流量的测 量中，都发挥着重大的作用。 但是现有的超声波气体流量计对安装的管道和管道中气流的状态有比较严格的要 求，要求在安装流量计的地方有足够长的上游和下游直管段，要求管道中的气流相对比 较稳定。 在实际工业应用中，管道并不能满足足够的直管段的要求，例如出现弯管( 单个弯 管或者双弯管) ，这会引起管道中的速度剖面不对称，用超声波气体流量计测量这种不对 称流场就容易引起误差。另外还常常会发现流量计必须安装在容易产生脉动气流的泵或 者其它机械装置的前面，这也会给流量计的测量带来很大的误差。因此，在超声波气体 流量计使用在这些状态之前，有必要对超声波气体流量计在这些状态的测量状况进行研 究。 二、研究现状 1 不对称流场的研究现状 对于不对称流场的超声波测量，国外有许多入研究过【1 7 】，但是对于单弯管或者双 弯管引起的流场的不对称，大多数人采取了增加换能器的方法来减小测量误差。其中c a r l c a r l a 【4 】指出管道中的任何干扰都会引起流量测量的误差。从图l l 和图1 - 2 可以看出， 无论是对于单弯管还是双弯管，百分差都会随着雷诺数的减小而增大，并且它们的增大 趋势也是基本相同的。 图1 1 双弯管引起的百分误差 图1 - 2 单弯管引起的百分误差 2 一墨扫130uuig匕 o仑扫i。ooii!i昌 2 脉动气流的研究现状 对于气流有脉动的情况，瑞典的j e r k e rd e l s i n g 【3 】、加拿大的u k a m i k & m r o g i 【7 】、 荷兰的h j d a n e 8 l 以) j t 韩国的k p a r k 9 都做过一些的研究。其中u k a m i k & m r o g i 7 】 用i n s t r o m e t 和d a n i e l 公司生产的流量计测量了各种流速的脉冲气流，结果如下列图1 3 到1 - 6 ，从图中可以看出，他们得出结论：超声波气体流量计在消除脉冲气流带来的影 响方面并不是很理想。 要 羔 莹 e 星 要 董 砉 藿 鼋 笔 薹 墨 砉 f r e l 岬 0 o孙翦铺 麓曲 f 豫1 u 曲c y 【h z 】 图1 - 3d a n i e l 流量计5 3 0 3 8 1 测量流速为6 2 5 k g s 的脉冲气流的结果 图1 - 4d a n i e l 流量计5 3 0 3 8 1 测量流速为1 0 5 k g s 的脉冲气流的结果 鞠 孵 静 倚 尊 啼 吾)i】口。一苗一j)i采id 【曩山芑盘。一苗si，山)1日。山 博疆算 黛_ f r 4 h z ! 图1 - 5i n s t r o m e t 流量计2 0 0 3 测量流速为6 2 5 k g s 的脉冲气流的结果 f 嘣1 嘴毗y 【h z 】 图1 - 6i n s t r o m c t 流量计2 0 0 3 测 o呻 复疆叼田 f 郴a c y t h z l 量流速为1 0 5 k g s 的脉冲气流的结果 4 一-艮岜co=葛一11i】i墨山 i)幂一警ii譬_gpa口。一苗一矗q 蚺 一 毋 一id芑oo薯|iid髻盂 一摹_i罟ii釜昌占go薯一器q 三、超声波测量气体流量的原理 超声波气体流量计通过测量超声脉冲沿气流顺向和逆向传播的声速差来求得气流 速度，进而求得流量。 ： h ： 图1 - 7 超声波流量计的简单不意图 图1 7 为超声波流量计的简单示意图，两换能器t x l 和t x 2 之间的距离为h 。声 波沿逆向和顺向的传播时间分别为t u 和t d ， t i , 一 ( 。) 2 c - u c o s 矿 k1 - 1j t o ：上 ( 1 2 ) 2 c + u e , o s 9 li z j 其中，c 为超声波在静态气体中传播的速度，q 为声路径与水平轴线之间的角度，l 为声路径的长度， 上：旦 ( 1 3 ) s l n 妒 由( 1 - 1 ) 、( 1 2 ) 两式可得， “= 去( 吉一爿 c 1 4 ) 因为实际流体流速在管道截面上存在着流速分布，因此用超声波测量的流速u 实际 上是管道截面内直径上的线平均流速v ，即 v = 圭i 仳 ( 1 - 5 ) 而测量流量需要的是管道内截面的面平均流速v ，即 y = 吉妒汹 ( 1 - 6 ) 因此，用速差法测得的流速必须进行修正， k 称为动力校正因子。 ( 1 - 7 ) 5 由( 1 5 ) 、( 1 - 6 ) 两式可得， 流量 。喜扩c 七= 4 q = a y 四、本文的主要工作 r ) d c 己 ( 1 - 8 ) ( 1 9 ) 本文通过实验的方法验证在流场不对称和管道中气流脉动的情况下，我们自行研制 的超声波气流流量计能否满足工业测量的要求。该项研究可以证明我们自行研制的超 声波气体流量计的具有更广泛的适用性。论文中主要进行了下面一些工作： 一、给出了弯管引起的不对称流场的数学表达方法； 二、在上海工业自动化仪表研究所的气柜实验条件下，进行了双弯管的实验测量： 三、在实验室转子流量计的实验条件下，进行了双弯管的实验测量，检测了这个系 统引起的误差大小； 四、实验室转子流量计的实验条件下，进行了脉动气流的测量。 6 第二章不对称流场的研究 一、不对称流场的理论分析 流场的不对称最常见的就是由弯管( 单弯管或者双弯管) 引起，这种不对称流场充 分发展以后，速度一般也是不随时间变化的，但是它们在管道中的流速剖面不是简单 的抛物面或者对数剖面，而是更复杂的一些分布。 对于管道中的对称流场的速度分布，可以用下式表示： 三 v ( r ) = ( 1 一r ) ( 2 一1 ) 可以用三种方程来表示圆管道中的轴向速度分布，分别为： 、，( ，) ；0 一，声+ ，研( 1 一，声厂( 口)(22) 心) = 1 + z r s i n o , f o rr b ，o b 1 时川埘刚棚等，r o r r 孙 州础睁- ，磅l 抽舡，声删 ( 2 4 ) 其中，删是韵函数，抚啊七巩z 是常数，对应于一定速度剖面这些常数可选一定的值。 下面对这些方程描述的速度分布类型做了分析，表2 - 1 给出了方程( 2 2 ) 的各个 参数对应的值，图2 1 是这些选定参数对应的速度剖面；表2 - 2 给出了方程( 2 - 4 ) 的 各个参数对应的值，图2 2 是这些选定参数对应的速度剖面。 从图2 - 1 可以看出，这些速度剖面可以分为三个部分，第一部分只有一个峰值包括 a 1 - a 7 ，第二部分有两个峰值包括a 8 - a 1 1 ，第三部分是更为复杂的速度剖面包括 a 1 2 a 1 4 。其中，a 7 类似于单弯管下游的速度剖面，a 1 a 5 类似于双弯管下游的速 度剖面。 7 表2 - l 方程( 2 2 ) 所描述的1 4 种速度剖面的参数值 p r o f i l e r a d i a lf u n c t i o n a n g u l a rf u n c t i o n 2 - g r o u p c o d e托 km4 最谚 j f ( o ) d o a l94一坠 隗i n e 2i 石 a 2 79一坠 瞻呐82 露 石 a 3 9 4 了0 0 4 0 2 - + x + - o o s e 锄一半 a a 490 53 3 1 7 0o 5 t 卅s i n 口 等 o n e p e a k a 579 譬眈 毒卅咖口 等 a 679 一t e o t z 0 2 e - * s i n0 1 14 - 面e - 0 广4 * t 94 7 2 ：o n # - - o 等 a 8 94 7 i - o ( 1 - c o ：o )f b a 994 7 2 e ( 2 万- o # i d o 等+ 詈 t w o p e a k a 1 0990 , 6 8 1 3 。1 e - 口 s i n 2 0 而i-e4?a a l l79。眈 e 训咖2 p 与筹 a 1 290 5引5 们” n 秽与等c m o r ea 1 379 虿1 一( 2 j r - - o f l s s i n 3 0 了4 1 c c 。m p k a 1 449 孚们e - 埘s i n 5 0 而1-eo6z o 8 a 4 a 7 a l oa l l a 1 3 o a 6 a 1 2 a 1 4 图2 1 方程( 2 2 ) 所描述的1 4 种速度剖面 9 表2 2 方程( 2 - 4 ) 所描述的7 种速度剖面的参数值 p a r a m e t e r p r o f i l e n mk 朐 p 1 0 2 50 0 50 5 e 4 朋s i n o p 20 210 5 0 3 e l a e s i n o p 30 210 50 3 p “哪s i n 8 p 40 20 60 2p 。s i n 2 0 p 50 2- 0 1 7 5 霄0 5国胁口 p 61 ，710 5e 恤皤一删 s i i l 25 矽 p 70 2耐1 2 1 3 ( 2 x - 切2 国i n 3 0 p 4 oo o - _ 一、 图2 2 方程( 2 4 ) 所描述的7 种速度剖面 不对称流场的测量 1 转子流量计实验条件下的测量 l l 换 进气口 出气口 根据本实验室的实验条件，本实验对双弯管的情况进行了测量研究，采用速度差 法测气体流速和流量，实验装置如图2 - 3 。 实验中用阀门控制气体流速，气体从鼓风机出来按图示箭头流动，流经转子流量 计，转子流量计测出气体流量，并且将这个测量值作为标准与超声波流量计测得的流 量进行比较。气体顺着管道流动，经过圆柱形管道。换能器t 2 和换能器t i 交换发射和 接受超声脉冲，设声速为c ，气体流速为u ，圆柱管道半径为r ，测出顺流时间，。：，逆 流时间f ：。，代入公式即可求出单位体积流量。具体方法如下： 1 换能器t 2 发射声波，换能器t l 接收声波，则为顺流，有： 2 壶 协5 ) 2 换能器t l 发射声波，换能器t 2 接收声波，则为逆流，有： 2 习z i 像6 ) 联立( 3 - - 1 ) 和( 3 - - 2 ) 式即得： 舻三晦一毒 协7 ) 由于管内气体温度会对声速产生影响，故需对声速进行修正，如下： c - 3 3 1 4 藤籼( t 为摄氏度) ( 2 8 ) 将l ，l l ，t t 1 2 ，t 2 l 代入( 2 7 ) 即可求得u 。 1 2 则体积流量为： q = 3 6 0 0 x r 2 u ( m 3 h ) ( 2 9 ) 代入r 即可求得q 。 下面以转子流量计测得的流量q o 作为标准，对超声波流量计的测量值q 进行了比 较，并计算q 与q o 的误差e ，如表2 - 3 ，图2 _ 4 所示。 实验温度为t = 2 0 0 c 。 表2 3 超声波测量值与转子流量计测量值之间的误差 转子测量值顺流时间逆流时间时间差 超声测量值测量值误差 q o ( m 3 h ) t 1 2 ( o s ) t 2 k 烨) t l z t 2 l ( p s )q ( m 3 h ) e ( ) 6 0 4 5 9 5 5 74 4 0 7 8 61 8 7 7 16 0 o oo 0 0 5 84 5 8 6 4 34 4 0 4 4 31 8 2 0 0 5 8 2 l3 7 5 64 5 8 1 2 94 4 0 6 2 91 7 5 0 05 6 1 7o 3 l 5 44 5 7 7 5 74 4 0 9 o o1 6 8 5 75 3 9 8 0 0 5 5 24 5 7 3 3 84 4 1 2 0 01 6 1 3 85 1 7 60 4 6 5 04 5 6 9 7 l4 4 1 5 1 41 5 4 5 74 9 6 40 7 l 4 84 5 6 6 7 54 4 1 8 6 31 4 8 1 24 7 7 0o 6 3 4 64 5 6 4 o o4 4 2 1 8 81 4 2 1 24 5 5 l1 0 6 4 4 4 5 6 1 1 34 4 2 6 1 31 3 5 0 04 3 3 91 3 9 4 24 5 5 9 1 34 4 3 0 0 0 1 2 9 1 3 4 1 3 81 4 8 4 0 4 5 5 6 7 54 4 3 4 o o1 2 2 7 53 9 2 91 7 8 3 84 5 5 4 7 54 4 3 8 5 0 1 1 6 2 53 7 2 51 9 7 3 6 4 5 5 2 8 84 4 4 2 1 3l l o 7 53 5 3 31 8 5 3 44 5 5 0 5 64 4 4 6 2 2 1 0 4 3 43 3 3 l2 0 3 3 24 5 4 8 5 04 4 5 0 1 39 8 3 73 1 3 42 0 5 3 0 4 5 4 6 5 0 4 4 5 4 6 3 9 1 8 72 9 5 0 1 6 7 2 84 5 4 4 7 84 4 5 8 8 98 5 8 92 7 4 81 8 8 2 6 4 5 4 3 o o4 4 6 3 1 37 9 8 72 5 3 5 2 5 0 2 4 4 5 4 1 7 54 4 6 8 1 37 3 6 22 3 3 72 6 4 2 2 4 5 4 0 0 04 4 7 2 2 56 7 7 52 1 5 3 2 1 6 2 04 5 3 9 0 0 4 4 7 7 o o 6 2 0 01 9 4 92 5 6 1 84 5 3 6 8 84 4 8 1 5 05 5 3 81 7 4 82 9 2 1 64 5 3 4 7 54 4 8 5 5 04 9 2 51 5 5 82 6 6 1 44 5 3 2 3 84 4 9 0 0 04 2 3 81 3 6 82 3 2 1 24 5 3 0 6 3 4 4 9 3 8 83 6 7 51 1 8 3 1 4 6 1 3 4 0 0 3 0 0 2 0 0 i 0 0 擘 艄0 0 0 鹭1 o o 一2 0 0 3 o o 一4 o o 01 02 03 0 4 05 06 0 7 0 流量( - 3 h ) 图2 4 超声波流量计的测量值与转子流量计测量值之间的误差 2 气柜实验条件下的测量 考虑到我们自己实验室的标定装置( 转子流量计和气源) 有较大的误差，在上海市 技术监督局的协调下，我们将同一套超声波流量计在上海工业自动化仪表研究所进行 了校订实验。该所的实验装置为一个容积为1 0 m 3 的气柜，气柜中的气体匀速流下，通 过超声波气体流量计。实验测得的结果如表2 4 所示，图2 5 和2 - 6 是超声测量值与气 柜测量值之间的误差。 表2 4 超声波流量计与气柜测量值的比较 容积 时问t 流量 流量均值仪表指示误差 误差均值 介质压力 ( i )( s ) ( m 3 h )( m s h )( m 3 h )e ( ) e ( ) ( p a ) 8 9 0 7 28 9 4 7 38 9 3 0 90 1 8 2 2 1 3 7 5 78 9 0 3 78 9 4 6 68 9 4 1 58 9 2 8 30 2 0 0 1 69 3 4 0 8 9 0 6 68 9 4 3 78 9 3 3 8- o 1 1 1 0 9 7 8 37 2 5 6 07 2 2 1 6- 0 4 7 2 21 2 7 7 3 1 0 9 7 9 6 7 2 5 5 17 2 5 3 8 7 2 2 8 0- 0 3 7 加3 8 9 3 9 0 1 0 9 ；8 6 97 2 5 0 37 2 2 7 5- o 3 l 2 2 1 l - 5 9 2t 5 6 9 7 95 0 7 4 4 5 0 7 6 65 0 6 0 0- o 2 8 - 0 4 39 4 5 0 1 5 6 8 9 9 5 0 7 7 0 5 0 5 2 4- 0 4 8 1 4 1 5 6 8 5 45 0 7 8 55 0 5 1 90 5 2 3 1 4 7 6 32 5 2 8 32 5 1 8 6句3 8 2 2 1 0 6 0 93 1 4 8 0 22 5 2 8 02 5 2 7 72 5 2 2 5旬2 2- 0 4 09 5 0 0 3 1 4 9 5 62 5 2 6 02 5 1 0 90 6 0 2 5 6 7 3 59 8 8 89 8 0 00 8 9 7 0 5 1 5 9 52 5 6 1 8 6 9 9 0 9 9 8 9 8 9 8 6 6o 4 3 7 39 5 2 0 2 5 6 5 3 l9 8 9 69 8 l lo 8 6 0 0 1 一o 2 0 3 一o 4 毫2 0 5 幽 一0 6 一o 7 一o 8 0 9 - 1 o 0 1 o 2 加3 羞- o 4 o 5 o 6 o 7 o 8 流量o , a h ) o2 04 06 08 01 0 0 图2 5 超声测量值与气柜测量值之间的误差 流量( d h ) 02 04 06 08 01 0 ( 图2 - 6 误差均值与流量的相互关系 二、理论计算以及它与超声波气体流量计测量值时间的关系 我选择方程( 2 2 ) 来计算： 1 ，( ，) ：( 1 一，君+ 肌砸一，磅删 ( 2 - 2 ) 方程的第一项是对称流场的速度分布，第二项表示流场的不对称。 其中的系数n ，它是雷诺数的函数，对于光滑的管道， 厅= 2 1 0 9 。( 旦) 一0 8( 2 1 0 ) 刀 对于粗糙的管道，n 由下面的隐函数决定， 刀= 1 7 4 2 l o g “夤+ 1 8 7 毒 ( 2 - 1 1 ) 丫为管壁的粗糙系数，对于新的管道，y = 5 1 x m ，但是在旧的管道里面，这个值会上 升到3 0p a n 。在计算中考虑到我们管道的新旧程度，我选择这个系数等于2 0 l a m 。其它 参数除了其中的参数n 由( 2 1 1 ) 计算得到以外，选择如下： k = 9 ，i i i l l = 年，f ( e ) = e 柚j 。s i n0 ， 选择这些参数值得到的速度剖面类似于上面提到的速度剖面a 5 1 6 表2 5 超声波测量值与理论计算值之间的关系 超声测量 理论计算测量值 流速 误差 顺流时间逆流时间 时差 流速 r en t 1 2 ( i 曲t z k o s )t l z - t z l ( 邺)u ( m s )u ( m s ) ( ) 4 5 9 5 6 4 4 0 7 91 8 7 77 4 42 5 9 2 3 1 6 2 9 3 37 3 8 40 7 8 4 5 8 6 4 4 4 0 4 41 8 2 07 2 22 4 8 9 7 6 6 2 6 6 37 1 9 20 3 9 4 5 8 1 3 4 4 0 6 3 1 7 5 o6 9 72 4 1 1 3 06 2 4 4 96 9 4 6o 3 0 4 5 7 7 64 4 0 9 01 6 8 66 7 02 3 2 2 4 26 2 1 9 66 6 7 60 2 9 4 5 7 3 44 4 1 2 01 6 1 46 4 22 2 2 9 8 36 1 9 2 l6 5 2 51 6 1 4 5 6 9 74 4 1 5 11 5 4 66 1 62 1 5 1 9 86 1 6 8 l 6 1 3 60 3 5 4 5 6 6 84 4 1 8 61 4 8 15 9 22 0 6 5 5 06 1 4 0 2 5 9 0 3 o 2 2 4 5 6 4 04 4 2 1 91 4 2 15 6 51 9 8 6 4 7 6 1 1 3 65 7 2 l1 3 4 4 5 6 1 1 4 4 2 6 11 3 5 05 3 8 1 8 9 4 7 86 0 8 1 35 4 4 21 1 2 4 5 5 9 14 4 3 0 o1 2 9 15 1 31 7 9 8 3 56 0 4 5 45 1 6 6- o 6 6 4 5 5 6 84 4 3 4 o1 2 2 84 8 71 7 1 4 1 76 0 1 2 44 9 3 3，1 2 3 4 5 5 4 84 4 3 8 51 1 6 34 6 21 6 4 2 7 75 9 8 3 04 7 0 21 7 4 4 5 5 2 94 4 4 2 11 1 0 84 3 81 5 5 0 0 35 9 4 2 74 4 5 01 5 2 4 5 5 0 64 4 4 6 21 0 4 34 1 31 4 6 5 1 o5 9 0 3 54 2 0 31 7 0 4 5 4 8 54 4 5 0 19 8 43 8 91 3 7 5 8 65 8 5 9 63 9 4 51 4 5 4 5 4 6 54 4 5 4 69 1 93 6 61 2 9 0 9 95 8 1 5 l3 7 1 81 5 9 4 5 4 4 8 4 4 5 8 98 5 93 4 11 2 1 4 4 4 5 7 7 2 1 3 4 4 81 1 7 4 5 4 3 04 4 6 3 1 7 9 9 3 1 41 1 2 5 3 25 7 1 8 43 2 0 1 1 7 8 4 5 4 1 84 4 6 8 17 3 62 9 01 0 4 0 4 05 6 6 3 02 9 0 10 1 0 4 5 4 0 04 4 7 2 36 7 82 6 79 4 2 7 85 5 9 3 12 6 2 21 8 3 4 5 3 9 04 4 7 7 06 2 02 4 28 4 9 4 05 5 1 8 92 4 2 70 3 8 4 5 3 6 94 4 8 1 55 5 42 1 77 5 1 8 25 4 3 1 82 1 4 31 1 6 4 5 3 4 84 4 8 5 54 9 31 9 36 7 9 7 85 3 5 9 71 9 1 40 9 3 4 5 3 2 44 4 9 0 04 2 41 7 05 7 3 8 55 2 3 8 21 6 8 8o 4 8 4 5 3 0 6“9 3 93 6 8 1 4 74 9 7 6 85 1 3 5 9 1 4 5 l1 0 7 1 7 - o 2 0 一o 4 0 窑一0 6 0 棚 辎一0 8 0 - 1 0 0 - 1 2 0 - 1 4 0 0 0 0 1 0 0 2 0 03 0 04 0 05 0 06 o o7 8 o l j 流速( - s ) 图2 7 超声波测量值与理论计算值之间的误差 结论和误差分析 1 结论 在上海工业自动化仪表研究所的气柜实验条件下，超声波气体流量计对于不规则管 道的测量误差小于o 7 3 ，这表明我们的超声波气体流量计完全可以在管道不规则的 情况下测量。 在实验室转子流量计的实验条件下，超声波气体流量计对于不规则管道的测量误差 小于3 。考虑到转子流量计本身误差级为1 5 ，我们认为在转子流量计的实验条件下 超声波气体流量计的误差可以允许达到3 。 2 误差分析 在实验室转子流量计的实验条件下，超声波气体流量计对于不规则管道的测量误差 最大达到约3 。转子流量计是刻度读数的，在读取它的流量值的时候，由于视线不可 能与刻度值完全水平，这就会带来很大的偶然误差。同时转子流量计的误差级是1 5 ， 这个误差级是在气流完全稳定流过的情况下测得的，在我们的实验条件下，气流由鼓 风机产生，发动机的振动会引起气流的微弱的扰动，这就会影响转子流量计本身的精 度。所以我们认为在转子流量计的实验条件下超声波气体流量计的误差允许达到3 。 1 8 第三章脉动气流的测量 一、脉动气流的测量 在脉冲气流的超声波流量计测量中，我们采用图2 3 的实验装置，脉冲气流由一个 直径为2 5 r a m 的电磁阀产生，电磁阀由电子电路控制，产生实验所需的各种频率。为 了便于实验测量，我们用两根长为4 m 、直径为2 5 c m 的储气管接在电磁阀的上游平缓 气流的脉动。 由于实验条件的限制，在安装了电磁阀以后，流量最大不能达到2 0 m 3 l l ，为此， 我们分别测量了四个流量值1 6 m 3 h 、1 3 m 3 h 、i o t a 3 h 和8 m 3 h 。 二、数据分术f 表3 - i 流量为8m 3 h 时的测量值 频率 ( h z ) 5 0 0 04 5 4 54 1 6 63 8 4 63 5 7 1 3 3 3 33 1 2 52 9 4 l2 7 7 72 5 0 0 7 67 97 97 97 67 97 67 97 37 6 7 97 68 27 97 67 68 28 27 37 9 8 27 67 97 97 67 68 27 97 68 2 7 97 9 8 2 7 67 6 7 67 67 67 97 9 8 27 68 27 97 37 67 67 98 27 6 7 98 28 27 67 97 97 67 67 97 3 超 7 98 27 97 67 97 97 97 97 97 6 声 波7 67 97 97 97 68 27 9 7 6 7 97 9 流 量 7 98 27 98 27 98 28 27 98 27 6 计 8 27 98 27 9 8 28 47 67 67 9 7 9 测 量 7 97 98 47 9 8 48 27 97 97 67 6 值 8 28 28 27 98 2 7 98 27 67 9 7 3 鲁 7 9 7 9 7 9 7 9 7 97 67 97 67 67 6 8 27 67 97 97 97 6 7 9 7 67 67 9 7 9 7 67 67 98 2 7 97 67 97 9 8 2 8 27 67 97 67 97 67 67 68 28 4 7 97 98 27 97 67 6 7 97 9 8 48 7 7 67 9 8 2 7 97 97 97 97 68 29 7 97 97 97 97 9 7 98 2 7 98 28 7 1 9 7 67 97 67 68 27 97 98 27 99 4 7 97 97 97 68 27 67 97 97 98 2 平均值 ( m 3 m ) 7 9 37 8 78 0 l7 8 37 8 87 8 47 8 77 8 07 8 88 0 2 误差 0 8 91 6 l1 22 1 41 4 92 0 21 6 12 5 01 4 9_ o 3 0 ( ) 续上 频率 ( h z ) 2 01 6 6 6 1 4 2 81 2 l o8 3 37 1 46 2 55 553 3 3 7 37 98 27 97 66 77 o7 95 96 25 9 7 67 98 78 27 36 57 38 26 2 5 9 5 9 7 9 8 28 77 97 6 6 77 67 96 56 26 2 7 68 29 08 27 66 57 98 26 75 95 9 7 97 98 77 97 96 27 68 46 55 96 2 7 67 68 48 27 66 57 98 26 26 26 5 7 37 98 77 97 37 o8 28 45 95 96 2 超 7 68 29 08 27 37 38 48 75 66 26 5 户 波 流 7 97 99 37 97 67 08 29 05 96 56 7 且 亘 计 8 28 29 68 67 37 3 8 49 3 6 26 26 5 测 8 48 49 37 97 37 68 79 66 56 56 7 且 亘 值 8 78 79 67 97 07 98 49 36 76 77 0 暑 8 47 99 87 67 38 28 29 67 06 57 3 8 79 09 67 97 68 48 49 36 76 77 0 9 o9 39 87 97 38 77 99 06 57 o7 3 9 3 9 69 67 6 7 68 48 28 76 26 77 3 9 o9 89 87 97 98 28 49 05 97 0 7 6 9 31 0 1l o 17 97 98 48 29 36 26 77 3 9 0l o 4 1 0 47 67 6 8 78 29 66 56 57 6 8 71 0 71 0 1 7 9 7 39 07 99 86 76 77 3 8 4l o 49 88 27 69 37 6 9 8 7 o6 57 3 平均值 ( m 3 h ) 8 2 88 7 79 3 47 9 67 5 07 6 48 0 3 8 9 l 6 3 66 4 1 6 7 7 误差 3 4 59 6 4 1 6 7 9 0 4 86 2 54 4 6- o 3 61 1 4 32 0 5 41 9 8 81 5 3 6 ( ) 表3 - 2 流量为io t a 3 h 时的测量值 频率 ( h z ) 5 0 o o 4 5 4 54 1 6 63 8 4 63 5 7 l3 3 3 33 l - 2 52 9 4 l2 7 7 72 5 0 0 9 69 89 69 89 69 89 69 69 69 6 9 81 0 19 69 69 39 6 9 3 9 89 89 3 9 69 89 8 9 69 69 69 69 69 8 9 6 9 89 89 69 39 69 69 39 81 0 19 8 9 6l o 19 8 9 8 9 3 9 89 61 0 19 8 1 0 1 9 61 0 11 0 19 89 69 69 8i o 49 61 0 4 超 9 89 89 89 69 89 61 0 11 0 79 31 0 7 户口 9 69 69 89 69 89 89 81 1 o9 61 0 1 波 9 69 6 9 8 9 89 8 9 69 61 0 79 3i o 4 流 量 9 69 89 6l o 19 89 89 81 0 49 6i o 7 计 9 89 69 69 81 0 11 0 11 0 11 0 19 81 0 4 测 且 9 69 69 89 61 0 49 89 89 81 0 11 0 1 亘 值 9 89 69 89 61 0 19 89 89 69 81 0 4 暑 l o 19 89 69 69 89 69 69 39 81 0 1 9 89 69 69 69 6 9 89 89 09 6 9 8 l o 19 39 89 69 39 69 89 39 89 6 9 89 69 69 89 69 89 69 09 69 3 1 0 19 89 81 0 19 69 89 68 79 69 o 9 89 89 69 89 6 9 6 9 8 8 4 9 89 3 9 89 69 69 69 89 69 69 69 89 o 9 8 9 6 9 8 9 89 6 9 89 89 39 6 9 0 平均值 ( m 3 m ) 9 。7 79 。7 39 7 29 7 l9 7 0i o 2 l9 7 09 7 29 。7 09 8 4 误差 2 3 32 6 72 8 l 2 9 03 o o 2 0 5 2 9 5 2 7 62 9 5 1 5 7 ( 哟 续上 频率 ( h z ) 2 0 o o1 6 6 61 4 2 81 2 0 01 0 0 08 3 37 1 46 2 55 5 05 0 03 3 3 9 09 61 2 79 69 09 o9 89 08 27 69 0 超 9 39 81 2 4 1 0 1 9 o9 39 69 38 47 99 0 声 波 9 69 61 2 19 89 39 o9