超声波流量仪表

超声波流量仪表是近十年来发展最快的一种流量仪表,市场销售额年增长率达到10%以上,在全球能源匮乏的今天,它既可准确测天然气,又可测石油等贵重油品的流量,因而倍受青睐。在我国市场上,国外产品占据了主导地位。

超声波流量仪表是近十年来发展最快的一种流量仪表,市场销售额年增长率达到10%以上,在全球能源匮乏的今天,它既可准确测天然气,又可测石油等贵重油品的流量,因而倍受青睐。在我国市场上,国外产品占据了主导地位。

一、原理:

早于1931年,美国Ruttgen就提出利用声学原理测流量,到1957年才真正进入实用阶段。原理有时差法、相位法、频差法、多普勒法等六、七种,应用较多的为以下二种:

(1)时差法  声波在流体中传播,顺流向时传播速度会增加,逆流向则会减少。利用传播速度之差可求得流速 (管径D确定,则知流量),主要用于单相、较洁净流体。

(2)多普勒法  多用于流体含有少量杂质的流体,将杂质的移动速度视为流体的速度 ,检测器发射的频率 ,作用在运动的杂质上将发生偏移,称多普勒频率 (正比流速V ), 测出 即可知 ,乘以截面即为流量 。

图1、超声波仪表原理图

图2、D系列科氏流量计原理图

1、支撑管  2、测量管  3、6位置检测器 4、电磁驱动器   5、外壳

二、特点:

⑴无任何阻力件、压损小、可靠性高;

⑵可以测气、液多种流体;

⑶准确度可高达±0.5%,重复性为0.1%;

⑷量程比可达100:1;

⑸可采用多声道以保证测量准确度(图1),目前有:单声道(15D),双声道(10D),四声道(6D)。括号内的数值为保证准确度所必要的直管段长度;

⑹管径大小对价格影响不大,所以特别适用于大口径,最大可至3米(液);2米(气);

⑺可测双向流;

⑻外夹式可不断流进行拆装,便于现场校验;

⑼已有标准,可进行干标;

⑽流体温度上限应小于200℃;压力上限为10Mpa;

⑾工业现场的噪声、流体组分的变化,对测量准确度均有较大影响;

⑿测液体较成熟,测气体难度较大,价格较贵。

三、应用领域:

⑴ 因准确度高,广泛应用于能源(石油、天然气),贵重气体(O2,H2,N2……),为化工产品贸易核算计量的首选仪表;

⑵ 以进行非接触计量,常广泛用于高腐蚀、有毒的流体流量计量;

⑶ 泛用于食品、医药及要求十分洁净的流体流量计量;

⑷多普勒法可以用于含有少量杂质的二相流,但杂质(气泡、固体悬浮物……)不得大于20%。

四、发展方向

⑴插入式:可以应用于特大的管道,在不断流的情况下进行拆装,便于维护,但准确度受管道内流速分布影响较大,在试验室标定后,直接用于现场会有较大误差。此外,仪表易受流体中微粒或高粘度介质的污染,降低其灵敏度。

⑵外夹式:采用夹具固定在管道外壁,可用于安装在任何材质、口径的管道上。有人设想将之作为标准表进行现场校验,但因受安装位置、管壁材质、厚度诸多因素的影响,准确度目前还较低(低于±2%),所以作为标准表尚有待时日。

(3)可靠性:增加仪表在恶劣工况下(煤气中的焦油,粉尘的粘污)的可靠性;抗噪声能力,适用于更高
温度的介质,提高换能器的耐温能力,加强自报警,自诊断等智能功能。

⑷降低成本:以便于大量推广应用。

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