多普勒超声波流量计

    多普勒超声流量计顾名思义,多普勒超声流量计是利用多普勒效应而产生的一种测流装置。现今,它已是一种测量工业用水、污水流量的重要仪表。实际应用有便携式、固定式。超声换能器多为非侵人式的。测量管径 12 一 5000mm ;精确度在士 1 % ~士 5 %。与时差法相比要低得多,甚至一些产品仅给出重复性,士 0 . 5 % ~士 1 % ,而没有精确度指标。

一、工作原理

    多普勒流量计的工作原理如图 4 . 15 所示。发射换能器 T 辐射一定频率的超声波,从流动着液体内的气泡和固体颗粒上产生的散射波被接收换能器 R 所接收,其频率变化与粒子(或气泡)的移动速度成正比。

多普勒超声流量计多普勒超声流量计

二、构成和基本技术性能

    这里介绍一种单频率多普勒超声流量计,它由超声流量传感器和转换器组成。图 4 . 18 所示是整机方框图。传感器由一对带声楔的超声换能器和标准管段组成,超声换能器是插人式的。在发射器上产生一定的连续波频率 ft ,经放大后加在发射换能器 T 上。 T 所发射的超声波通过声楔传递到液体中,照射在流体气泡或颗粒上。接收换能器有良好的指向性,所接收到的散射波信号基本上是从管的中心附近区域反射来的。信号经放大与 ft 混频,检波放大,得到了接收频率 fr 和 ft 的差值,即 fd 。这个多普勒频率几乘上补偿系数 K ,得到平均流速 v ,再乘以管的截面积求得流量。单、双频率多普勒超声流量计的基本技术性能见表 4 . 11 。双频多普勒流量是新出现的产品,以 SX - 40 型为主要代表。其变送器使换能器间断地短时间产生两个不同频率的连续波声信号。所产生的多普勒信号与原频率会有固定的频差,噪声则没有。将两个多普勒信号重叠、提升,经信息处理后,获得多普勒频移 fd ,计算出来流速或流量。这种新型多普勒流量计能抗噪声,并使测量精确度明显提高,见表 4 . 11 。

三、特点

    实用的多普勒流量计不仅有本章第一节二中所述的特点,还有其自身的优点。 ① 没有零点漂移。 由于 fa 正比于 v ,在流体静止时,不产生多普勒频移。因此,变送器显示单元不出现零点漂移 ② 不受声信号幅度变化影响。声信号在流体中传播时会衰减,受扰动而起伏。尽管幅度变化,但发射和接收频率却不受影响。双频率多普勒法更具有抗干扰噪声的能力。 ③ 分辨力好。由于发射频率 ft 选择较高,对于所测流速可以得到较高的 fd ,因此分辨力较好。例如 ft 为 2MHz , θ 角为 6 0 ° , v 为 lm / s 时, fd 约为 1 . 33kHz , 1Hz 约为 0 . 7mm / s 。 ④ 双频多普勒超声流量计测量精确度已达 1 %。虽然比不上时差法,但是其仪表价格相对要低 ⑤ 测量与流体声速无关。

多普勒超声流量计

四、应用中需要注意的问题

    ① 流体中微粒子浓度。由于多普勒法是利用气泡和微粒子所反射的声信号工作的,因此若流体不含有气泡和微粒子,则不能工作。实际上不含有微粒子和气泡的液体很少。以含有最低限度悬浮粒子百万分之三十以上的流体作为测量对象 ② 保证直管段长度,安装部位要合理。为了保障管内液体流速分布较好(多数情况为紊流状态),消除不均匀状态,直管段长度上游侧至少为 15D ( D :直径),下游侧为 5D 以上。管内流场状态决定补偿系数,否则加大误差。

    传感器不应安装在下列位置:管道未充满;液体向下流动;离弯头太近;管内有沉淀物堆积。对于水平放置的管线,传感器不要安装在管的上侧或下侧。 ③ 声藕合要好。对于非侵人式传感器安装部位的管壁面应较好、平坦、光滑,定位要对准确。超声传感器与管壁之间的声藕合(声接触)是通过油脂完成的。油脂可以是硅、硅脂、凡士林、机油等。藕合层不能侵人空气、固体物。 ④ 对于流量测量精确度要求不高的场所如精确度为士 5 % ,仪表不必经校验即可使用。频多普勒超声流量计精确度已达士 1 % ,单频率的可达士 2 %。若经过标定使用,精确度会一些。 ⑤ 管内径应精确测量。

多普勒超声流量计

多普勒超声流量计

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