超聲波流量計測量原理的選擇
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條件 |
傳播時(shí)間法 |
多普勒法 | |
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適用液體 |
水類(lèi)(江河水，海水農業(yè)用水等),油類(lèi)（純凈燃油，潤滑油，食用油等），化學(xué)試劑，藥液等 |
含雜質(zhì)多的水(下水，污水，農業(yè)用水等)，漿類(lèi)(泥漿，礦漿，紙漿化工料漿等)，油類(lèi)(非凈燃油，重油，原油等) | |
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適用懸浮顆粒含量 |
體積含量<1%(包括氣泡)時(shí)不影響測量準確度 |
濁度>50－100mg/L | |
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儀表基本誤差 |
帶測量管段式 |
±(0.5-1)%R |
±(3-10)%FS 固體粒子含量基本不變時(shí)±(0.5-3)% |
| 濕式大口徑多聲道 | |||
| 濕式*********單聲道 | ±1.5%R-±3%R | ||
| 夾裝式(范圍度20：1) | |||
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重復性誤差 |
0.1%-0.3% |
1% | |
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信號傳輸電纜長(cháng)度 |
100-300m,在能保證信號質(zhì)量的前提下,可以小于100m |
<30m | |
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價(jià)格 |
較高 |
一般較低 | |
此外，對于外夾裝式儀表還要考慮管壁材料和厚度、銹蝕狀況、襯里材料和厚度；對于現場(chǎng)安裝換能器式儀表要考慮換能器類(lèi)型；對于大管徑傳播時(shí)間法儀表要考慮聲道數，等等。下文將分節討論。
4.2 適用懸浮顆粒含量的范圍
多普勒法USF要比傳播時(shí)間法適用懸浮顆粒含量上限高得多，而且可以測量連續混入氣泡的液體。但是根據測量原理，被測介質(zhì)中須***含有一定數量的散射體，否則儀表就不能正常工作。
傳播時(shí)間法USF可以測量懸浮顆粒很少的液體，但不能測量含有影響超聲波傳播的連續混入氣泡或體積較大固體物的液體。在這種情況下應用，應在換能器的上游進(jìn)行消氣、沉淀或過(guò)濾。在懸浮顆粒含量過(guò)多或因管道條件致使超聲信號嚴重衰減而不能測量時(shí)，有時(shí)可以試降低換能器頻率，予以解決。
4.3 測量準確度
（1） 傳播時(shí)間法
傳播時(shí)間法比多普勒法有較高的測量準確度，液體基本誤差為±0.5％R至±5％FS，重復性為0.1％R-0.3％R；氣體基本誤差為±0.5％R到±3％FS，重復性為0.2％R-0.4％FS，高精度儀表均為多聲道儀表。中*********液體管段式超聲流量傳感器通常都用水做實(shí)驗校驗，具有±0.5％R的高精度。管外夾裝換能器或在現場(chǎng)管道固定安裝換能器的儀表，要通過(guò)定標計算接入現場(chǎng)管道流通面積和傳播距離長(cháng)度測量誤差，夾裝在管道的不確定性，聲耦合變化等因素，要降低些。若安裝調試粗糙不細致，測量準確度有可能低到5％，甚至更低。測量準確度還取決于聲道數設置及其布置位置，下文將進(jìn)一步討論。
（2） 多普勒法
典型儀表的基本誤差為±（1％-10％）FS，重復性為（0.2％-1％）FS。工業(yè)用多普勒法USF的超聲波頻率為0.5-2MHz。多普勒信號包含著(zhù)不同散射體移動(dòng)速度的頻譜，檢測電路提供多普勒頻移若干平均測量值以求的速度。所測的散射體速度和流體平均流速之間的關(guān)系，隨著(zhù)不同狀況而變化，有一定不確定性。
多普勒法USF性能因受以下一些原因所形成的因素影響，整體性能要比傳播時(shí)間法低得多。例如：散粒體的性質(zhì)；非軸向速度分量形成的多普勒頻移增寬；被照射域位置的不確定性；散射體和基相液體間的滑差。因此有些制造廠(chǎng)的技術(shù)數據僅列出儀表的重復性而不列測量準確度或基本誤差。
流體運行流速不能過(guò)低，過(guò)低的流速會(huì )使離散體分布不均勻。若測量管水平安裝，氣體會(huì )浮升在頂部流動(dòng)，顆粒會(huì )沉淀于底部。***低流速通常為0.1-0.6ｍ／ｓ。
4.4 聲道設置和直管段要求
多普勒法USF通常只有單套發(fā)送和接收換能器；便攜式外夾裝換能器傳播時(shí)間法USF通常也只有單聲道，其他夾裝式則也有用雙聲道者，帶測量管段式有單聲道和雙聲道以上。
（1） 傳播時(shí)間法
傳播時(shí)間法采用多少聲道的主要依據是測量準確度要求和安裝儀表管段流動(dòng)狀況（取決于上游阻流件組成和直管段條件），以及管徑大小。例如BS7405推薦管徑大于0.5m用3或4聲道，達于3m則用8聲道
單聲道從單一路徑的線(xiàn)平均流速乘上系數代表平均流速。單一路徑聲道的換能器設置通常是通過(guò)管道中心，即在橫截面投影圓的直徑上，其系數即如圖10.2所示。也右聲道設置在弦的位置上。流動(dòng)速度分布畸變和存在徑向速度分量（如渦流、二次流）則會(huì )改變該系數值，弦位置的影響比直徑位置的影響小。多聲道測量多路徑線(xiàn)平均流速，更減少流動(dòng)畸變影響，提高測量精度。
確定聲道數有的可按儀表樣本規范選擇（如管段式USF，除單聲道外較多采用雙聲道計量聲道以上），有的則向儀表制造場(chǎng)聯(lián)系磋商（如現場(chǎng)安裝式USF，特別是大管徑應用，通常為3-8聲道）。
為了獲得流體沿管道中心平行對稱(chēng)地流動(dòng)，測量點(diǎn)上下游要有足夠的長(cháng)度直管段作有效整流。不能滿(mǎn)足時(shí)應設置流動(dòng)調整器。
傳播時(shí)間法USF直管段長(cháng)度要求尚未有******標準或******標準規定值，應按制造廠(chǎng)提供的規定。表2例舉幾個(gè)不同來(lái)源提出的要求，可作為選型時(shí)的一般依據。
（2） 多普勒法
| 上游管路阻流件種類(lèi) | 單聲道***短長(cháng)度例一(1) | 單聲道***短長(cháng)度例二(2) | 雙聲道***短長(cháng)度(3) | |||
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上游 |
下游 |
上游 |
下游 |
上游 |
下游 | |
| 同心漸縮管 |
10 |
5 |
15 |
5 |
無(wú)要求 |
無(wú)要求 |
| 同心漸擴管 |
30
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5 |
－ |
－ |
－ |
－ |
| 1個(gè)90度圓角彎管 |
10 |
5 |
20 |
5 |
10 |
5 |
| T形管 |
50 |
10 |
－ |
－ |
－ |
－ |
| 2個(gè)90度圓角彎管 |
－ |
－ |
25 |
5 |
10 |
5 |
| 2個(gè)90度直角彎管 |
－ |
－ |
40 |
5 |
10 |
5 |
| 全開(kāi)閘閥 |
－ |
－ |
20 |
5 |
－ |
－ |
| 各類(lèi)閥(包括控制閥) |
30
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10 |
50 |
5 |
15 |
5 |
| 泵 |
50
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無(wú)要求 |
－ |
－ |
－ |
－ |
對多普勒法USF的直管段要求也沒(méi)有******標準和******標準的規定值。人們對多普勒法USF直管段要求程度在看法上也迥然不同。一種看法認為：從原理上講多普勒法僅測量“照射域”內散射體的流速，其測量值受流速分布影響比傳播時(shí)間法大。為了盡量減少這種影響，除了采取其他一些方法外，還應保證照射測量域的上下游有足夠長(cháng)度的直管段，以得到較好的流動(dòng)狀態(tài)。例如日本電氣計測工業(yè)會(huì )認為多普勒法USF所需直管段長(cháng)度一般應是傳播時(shí)間法的1.5倍。然而另一種看法是：多普勒法USF本身測量準確度等性能較低，流速分布影響相對于總體測量準確度不重要，直管段要求反而降低。例如有儀表制造廠(chǎng)提出只要在測量點(diǎn)上下游保持大于3-5DN的直管段。
4.5 換能器類(lèi)型的選擇
（1） 傳播時(shí)間法
本類(lèi)儀表可采用換能器的類(lèi)型較多，各廠(chǎng)家換能器結構不同，適用的流體條件（溫度、壓力等）、管道條件（材質(zhì)、形狀、管徑、直管長(cháng)度等）和安裝條件等也不相同。此外還與聲道的設置方法有關(guān)，而聲道的設置方法又與測量精度和重復性等密切相關(guān)。氣體用USF因固體和氣體界面間超聲波傳播效率非常低，只能用直射式換能器。因此氣體流量測量一般不采用外夾裝式USF。
（2） 多普勒法
本類(lèi)儀表用的折射式換能器。目前國內產(chǎn)品大部分采用夾裝式，但與傳播時(shí)間法所用的夾裝式換能的發(fā)射頻率等技術(shù)性能不同，不能混用。然而兩者適用管道條件是基本相同的。
4.6 安裝布置方面的考慮
1） 安裝位置和流動(dòng)方向 USF的流量傳感部分（超聲流量傳感器或超聲換能器）一般均可安裝于水平、傾斜或垂直管道。垂直管道***好選擇自下而上流動(dòng)的場(chǎng)所，若為自上而下，則其下游應有足夠的背壓，例如有高于測量點(diǎn)的后續管道，以防止測量點(diǎn)出現非滿(mǎn)管流。
2） 單向流還是雙向流 通常為單向流，但也可通過(guò)較復雜電子線(xiàn)路，設計成雙向流動(dòng)，此時(shí)流量測量點(diǎn)兩側直管段長(cháng)度均應按上游直管段的要求布置。
3） 管道條件 外夾裝式USF管道內表面積沉積層會(huì )產(chǎn)生聲波不良傳輸和偏離預期聲道路徑和長(cháng)度，應予避免；外表面因易于處理較少影響。夾裝式換能器和管道接觸表面要涂上耦合劑。應注意粒狀結構材料（例如鑄鐵、混凝土）的管道，很可能聲波被分散，大部分聲波傳送不到流體而降低性能。換能器安裝處管道襯里或銹蝕層與管壁之間不能有縫隙。用V法的反設處須***避開(kāi)焊縫和接口（參見(jiàn)圖11）。
4） 上游流動(dòng)擾動(dòng) 與大部分其他流量?jì)x表一樣，USF敏感于流過(guò)儀表的流速分布剖面，因此也要求相當長(cháng)度的上游直管段。前文已對直管段要求作了討論。