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超声波流量计的原理及其主要优缺点
发布时间:2015/3/23

超声波流量计具有高精确度、无阻碍测量以及较低的总体拥有成本等优点,正在快速发展成为流量测量领域,尤其是计量碳氢化合物的首选,并在石油和天然气领域得到普及。超声波流量计是一种使用十分方便的流量仪表,特别是在大口径管线上,便携式超声波流量计可以将探头安装在管道外表面,实现不断流、不破坏原有管线测量流量,因此受到广大用户的欢迎。
1 超声波流量计的工作原理及组成
超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息,因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,从而换算成流量。根据检测的方式,可分为传播速度差法(时差法、相位差法和频差法)、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。目前最常采用的测量方法主要有两类:时差法和多普勒效应法。
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统3部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量,并将其发射到被测流体中,接收器接收到的超声波信号,经电子线路放大并转换为代表流量的电信号,供给显示和积算仪表进行显示和积算,这样就实现了流量的检测和显示。
2 优点
(1)外夹式超声波流量计可以实现非接触测流量,即使是插入式或内贴式超声波流量计,其压损也几乎为零,其测流量的方便性与经济性是最佳的。(2)超声波流量计水、气、油各种介质都可以测量,其应用的领域十分广阔。(3)超声波流量计的制造成本几乎和口径无关,在大口径流量计量场合有着价格合理、安装使用方便的综合竞争优势。(4)便携式超声波流量计可以实现一台流量计在各种管径、各种材质的管线上测流量,是作为标准表进行在线校准、比对或期间核查的首选流量计类型。(5)超声波流量计具有其测流原理基于长度与时间两个基本物理量的溯源方便性,可以预见它必将超越其他原理的流量计成为流量标准甚至是流量基准的载体。(6)超声波流量计运行能耗极小,可方便地实现长年电池供电,加之先进的智能化主机可方便地进行网络无线通信,其应用前景更加广阔。
3 缺点
超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能器及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制,以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外,超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为,一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米,而声波在液体中的传播速度约为1500m/s左右,被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10-3数量级。若要求测量流速的准确度为±1%,则对声速的测量准确度需为10-5~10-6数量级,因此必须有完善的测量线路才能实现,这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。

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