时差型超声波流量计是一种通用的超声波液体流量计.doc

时差型超声波流量计是一种通用的超声波液体流量计，适用于工业环境下连续测量不含大浓度悬浮粒子或气体的绝大多数清洁均匀液体的流量。 基本构成如下：1声学系统：由安装于待测管道外表面的一对超声波探头（换能器）组成。2测量主机：主机与探头之间由两根双屏蔽电缆连接。测量主机可以外接远传装置、控制器等。 超声波流量计工作原理FV4018型流量计是基于微处理器技术，自身完备的流量测量仪表，与其它常规型流量计或其它超声波流量计相比具有下列更多的优点。2 采用超大规模集成电路CPLD技术，小型化设计，硬件数目少，表贴工艺，低功耗。高可靠性、高适用性、强抗干扰性设计，可用于几乎全部工业环境中。2 优化的智能信号自适用处理，使用者无需任何电路调整，并加快了流量计的响应时间，使安装更容易简单。2 全窗口化的软件操作，使用方便可靠，并且功能多。2 可使用公制或英制单位，流量的单位可选用几乎所有常用的中外通用单位，在带背光液晶显示器上显示流量、流速、累积量及日期时间等。2 日、月、年流量累积功能可记录前64个运行天、前64个运行月、前5个运行年的流量。2 上、断电管理功能可记录前64个上电、断电时间及上断电时刻的瞬时流量，保护所有数据，用户可以选择自动或手动补量，便于累计数据的修正和管理。2 完备的输出信号包括继电器、集电极开路、频率信号输出、420mA电流环2 模拟输出等，带倍乘因子（量程）的机内七位数长的正向、负向、净流量独立工作，并可通过继电器或集电极开路电路输出累计脉冲和频率输出信号。从前面所讲的超声波流量计工作原理可知，超声波流量计测量技术的核心在于超声波传播时间的测量，FV4018型流量计使用了可达0.1nS超高分辩率、超高线性、超高稳定的时间测量电路，加上机内使用的32位长数字处理程序，保证了FV4018比其它任何类型的流量计具有更高的分辩率和测量范围。在设计上，采用了世界上最先进的集成电路及微处理器智能控制，实现了生产过程中元器件参数无调整化，提高了产品可靠性，产品一致性好，保证每一台出厂的机器都达到最佳性能、最好工超声波流量计的原理及应用（2003年 大连索尼卡公司服务部）一引言首先家简单介绍一下流量计的概念凡是有物质流动的场合，人们为掌握其数量都需要流量测量。流量分为瞬时流量（Flow Rate）和累计流量（Total Flow）瞬时流量（Flow Rate）：单位时间内过封闭管道或明渠有效截面的量。流过的物质可以是气、液、固体。数学公式： v为流体的体积,工程上常用的单位m3/h.累计流量（Total Flow）：在某一段时间间隔内（可以是一天、一周、一月、一年）流体流过封闭管道或明渠有效截面的累计量称为累计流量，通过将瞬时流量对时间积分可求得累计流量。数学公式： 流量计（Flowmeter）：用以测量瞬时流量或累计流量的器具统称为流量计 流量计广泛应用于能源计量如水，气等含能工质。流量计的种类繁多，可大体分为几大类，约几百种以上。（1） 差压式流量计：1.皮托管 2.孔板 3.文丘里管。（2） 转子流量计（3） 容积式流量计：1.椭圆齿轮 2.腰轮 3.刮板 4.旋转活塞（4） 涡轮流量计（5） 电磁流量计 ：大管径，造价高。安装时需要停水断管（6） 涡街流量计（7） 超声波流量计（8） 质量流量计 （9） 其它流量计 上述流量计优、缺点，用途各异。用户选表总想找到一种理想的流量计以解决它的流量计量问题，而流量计制造厂都力图制造出一种理想流量计以适应更广泛的需要。总结千百种流量计的所有优点可以提出理想流量计的条件如下： 1检测件无阻碍物； 2检测件可夹装在管道外部，可随意移动在任何地点测量而无须截断管道与流体；3仪表的流量计算方程简单明确，可外推到未知领域而无须实流校验；4频率脉冲输出信号，数字式仪表，便于远传抗干扰及与计算机联网；5仪表输出信号不受流体流动特性的影响；6仪表复现性高；7仪表范围度宽，线性好；8仪表可靠性高，价格适宜，维修技术不复杂；9.无须个别实流校验，或只须“干校”，或在一、二种介质中校验可推广到各种介质；10.检测件输出信号直接反映质量流量。 可以说至今并没有出现上述的理想流量计，所有流量计都多少具备一些上述条件，只不过有的多些，有的少些。所有流量计制造厂试制新产品都力图能更多地具备上述条件。 我们今天介绍的超声波流量计，目前之所以能被相当广泛的用户普遍接受是有客观原因的。主要是它能在更多方面更好地满足理想流量计的一些条件。 二超声波流量计的历史（1） 1928年德国人研制成功第一台超声波流量计，并取得了专利。至今超声波流量计以有75年历史（2）1955年首先应用于马克森（MAXSON）流量计测量航空燃烧油，这是一种基于声循环法的两组探头（换能器）组成的液体流量计（3）1958年A.L.H-ERDRICH等人发明折射式探头，由于他们的研究可进一步消除由于管壁的交混回响所产生的相位失真，也为管外夹装提供了理论依据。进入20世纪七十年代以后，由于集成电路和锁相环路技术的发展，使超声波流量计得以克服以前的精确度不高，响应慢，稳定性与可靠性差等致命弱点，使实用的超声波流量计得以发展。近20年来特别是近10年来，基于高速数字信号的处理技术与微处理技术的快速发展，基于新型探头材料与工艺的研究以及声道配置与流量动力学的研究，超声流量测量技术取得了长足进展，显示了强劲的技术优势，发展势头迅猛。2000年在巴西召开的国际流量测量学术会议（FLOMEK-O2000）上共宣读学术论文集103篇，其中直接涉及超声波流量计及超声波技术的论文20篇，约占论文总数的1/5。在历次国际流量学术会议上，采用超声波流量计作为传递标准的文献愈来愈多，可见超声波流量计其潜在的巨大的生命力。 三超声波流量计的分类（1） 按原理分：A 传播速度差法：a. 时差法（目前最常采用此法）b.频差法（声环法）c.相位差法d. 多普勒法（目前最常采用此法）e.相关法 f.射束位移 g.涡街法（2）按探头（换能器）安装方式分：A外夹式B插入式（即湿式）又分为：a.带测量管段的 b.不带测量管段，直接在工艺管段上实现安装的。（3）按声道数目划分：A单声道B多声道（28声道）（）按性能分；标准型 B固定式 C便携式 D低温防水型 E其他 四超声波流量计的基本原理1基本原理超声波在流动的流体中的传播速度与流体的流速有关。相对于固定座标系(如管壁)，顺流的超声波的传播速度将大于逆流的传播速度。为实现流量（流速）测量，首先需要有一个发射超声波的换能器（俗称超声波探头），通常采用石英等材料制成的压电元件作为换能器。发射超声波时是利用负压电效应，即利用高频电脉冲的作用，使压电晶体高频振动，从而发出脉冲变化的高频压力波（即超声波）。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由装在管道对面的接收换能器接受。接受换能器则利用正压电效应，将高频压力波又转换高频的电脉冲信号。可以轮流交替地利用同一个换能器及发射高频、短时的脉冲压力波，又用来接收对面换能器发来的脉冲压力波。可以用一组换能器兼做超声波的收、发用。由于人耳听到声音的上限频率是20千赫，而此种流量计所收、发的压力波的频率是0510兆赫（典型频率是1MHz）,属于超声波范畴，超声波流量计因此得名。2管外夹式时差式液体超声波流量计的工作原理该类型流量计利用测量超声波在管道中传播时间原理而实现的。介质（液体）在管道中流速，与超声波沿介质顺流和逆流传播的时间差存在着线性关系。只要分别测量出超声波顺流、逆流的传播时间，就可以依据线性关系得到沿管道路径上各点流速的瞬时平均流速。这样，介质流量则可以通过流速、管道截面积以及雷诺数等得到。当超声波束在液体中传播时，流体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，由此可求出液体的流速。18:151、真值：测量的真实数值。约定真值：真值无法已知，一般特定义值成标准器示值。2、热力学温标（绝对温标）：以卡诺循环为基础建立，Q1/T1=Q2/T2，指定一个定点T2的数值，就可以由热量的比例求得未知量T1。3、节流变压降流量测量方法：在管道中设置孔板、喷嘴等各种节流件，当流体流经节流件时由于流通截面改变，流速发生变化，在节流件前后形成压差，此压差随流量变化而变化，通过实验得到流量与差压之间的关系，就可通过测量差压测出流量。 4、重量水位：将汽包水位测量段上汽水混合物柱所形成的静压力，等效为汽包额定工况下相同的区间上饱和水柱与饱和汽柱所形成的静压力后，饱和水柱高度成为-H。 5、零差测量法：用作比较的量是准确已知并连续可调的，测量过程中使它随时等于被测量，也就是说，使已知量和被测量的差值为零，这时偏差测量仪仅起检零作用，因此，被测量就是已知的比较量。、 6、已知：某流量测量系统由0.75级标准喷嘴，0.25级差压变送器，1.0级开方器及0.5级显示仪表组成，求：1、该测量系统的准确度等级；2、如果流量测量范围是3001250T/h，求该系统的测量误差；3、如果使用同样的系统对单元机组的炉侧和机侧的主蒸汽流量同时进行测量，问两套仪表示值之差在何范围内两套仪表才都可能合格。 解：ryu=(0.752+0.252+1.02+0.52)1/2=1.369 = ryu%A=1.369%X(1250-300)=13.01T/h 炉侧流量测量值机侧主蒸汽流量值2=2x13.01=26.02T/h时, 两套仪表才都可能合格。 7、标准化热电偶与非标准化热电偶的本质区别是啥？写出几种常用的标准化热电偶的名称及分度号和测量范围。-标准化热电偶具有统一的分度表，对于同一型号的标准化热电偶具有互换性，使用方便。非标准化热电偶一般没有同一的分度表。 名称分度号测量范围（温度）铂铑10-铂热电偶S长期1300，短期1600铂铑13-铂热电偶R同上铂铑30-铂铑6热电偶B长期1600，短期1800镍铬-镍硅热电偶K长期1200，短期1300镍铬康铜热电偶E-200-900铜-康铜热电偶T-200-400 如何选择测压仪表的量程？ 1）如果被测压力相当稳定，则被测压力的正常值在仪表测量上限的2/3处。2）如果被测压力经常变动，则正常值应在仪表测量范围1/2处。 8、标准化热电阻的材料有哪些？写出四种标准化热电阻的分度号。铂电阻Pt10, Pt100铜电阻Cu50, Cu100铁电阻 镍电阻Ni100, Ni300, Ni500 9、标准节流装置的理论基础是啥？适用的流体条件是啥？ 流动的能量守恒方程（伯努利方程），流动的连续性方程。在任一时刻流管任意截面上的流体的数量相等。 10、氧化锆氧量计对传感器的工作温度及显示仪表有何要求？ 工作温度在600度以上，不得超过1200度，常用的工作温度为800度左右。必须有很高的输入阻抗。 11、图示并说明手动电位差计的工作原理。 用准确已知连续可调的量与输入被测量相比较，当二者差值为0时，已知量作为被测量的测量值。 校准工作电流，将开关K接向“标准”，调整Rs以改变I1大小，直至I1Rn=En, 检流计G指针指0。此过程是“工作电流标准化”。 切换开关接向“测量”位置，调整B点位置使检流计指针指0，此时B的位置就指出被测电势的大小。 12、说明热电阻测温为何要采用“三线制”接法？画出“三线制”接法的手动平衡电桥原理图。 有利于消除连接导线电阻变化对测量的影响。13、 下图是一种单室平衡容器差压式水位计原理图，推倒输入输出关系的解析表达式；分析这种结构的水位测量系统存在的问题。解： P-=P+wg(Ho+H) +sgL(Ho+H)p=(as)gL(ws)g(Ho+H)存在的问题：1）Pa不能确定，沿高度分布且随环境温度变化而变化。2）锅炉压力变化，导致w、s变化。3）只有在额定工况下水位测量才有可能准确，在汽包压力偏离额定工况时准确度无法保证。14、下图是用于过热蒸汽流量测量的装置原理图，分析当被测介质的温度和压力变化时，测量系统如何保证测量的准确度。对于热力发电厂高温高压蒸汽流量测量来说，采用标准节流装置的变压降流量计