第6章流量测量2分解.ppt

6.4　超声波流量测量方法与仪表 特点： （1）测量范围广，不受流体物理性质、化学性质的影响，可测任何流体； （2）测量方式多，非接触式，可测量不易接触和观察的流体； （3）安装方便，直接安装于管道上； （4）测量简便，指示读数与所测流体流量成线性函数，便于流量的直接读数、记录和累计； （5） 测量精度高； （6）可将转换器与标准工业控制计算机相连接，对流量计进行控制，对数据进行处理。 6.7.3 动压测量管 （1）构造和原理 构造：小管，管套，静压力引出管。 原理 测出流体中某点的总压和静压，按伯努利方程可求该点流速。 * 6.4.1超声流量计的测量原理 概念：在超声检测中，把超声波发射出去并接收回波，再将回波转换成电信号的装置称为超声波换能器。 原理：超声流量计由发射换能器产生超声波，以一定的方式穿过流体，通过接收换能器转换成电信号，经信号处理后反映出流体的流速u，通过流速u来换算成流体的质量流量qm，其关系为: qm =ρuA 式中，ρ—密度，取决于流体介质及工况； 　A—流通面积，主要由管道状况及工况决定。 6.4.1.1 传播速度差法的原理 传播速度差法的基本原理是通过测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到被测流体的流速。根据测量的物理量的不同，可以分为时差法(测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差)、相差法(测量超声波在顺、逆流中传播的相位差)、频差法(测量顺、逆流情况下超声脉冲的循环频率差)。频差法是目前常用的测量方法，它是在前两种测量方法的基础上发展起来的。 （1）时差法的工作原理 时差法测量是在被测流体内由两对超声波发射器和接收器组成两个通道，分别在顺流和逆流方向发射超声波脉冲，测量其传播的时间差Δt。 顺流方向发射超声波脉冲的传播时间为 　　　　　　　 逆流方向发射超声波脉冲的传播时间为 在顺流和逆流情况下测量出的超声波传播时间差为： 由于c＞＞u，故可认为 ,故有 由上式可见，当超声波在静止流体中的传播速度假设为常数时，流体流速与时间差成正比，测得Δt即可得到流速，进而求得流量。 （2）频差法的工作原理 频差法是测量在顺流和逆流时超声波脉冲的循环频率来获得流体流速、流量值的方法。 图6-25是超声波流量计的声环回路简图。其工作原理为：取F1和F2为一对超声波换能器，在一定时间间隔内它们交替作为超声波发射器和接受器使用。 顺流为例说明： 超声波发射器F1向流体发射脉冲，透过管壁，然后通过流体，进入另一侧管壁，接收器F2收到声脉冲信号，转换成电信号，经电子线路放大后，再回到超声波发射器F1，触发F1发射下—个脉冲。这样就完成了一个声循环过程。 通过收发转换器，可同样进行逆流时的声循环过程。 图6-25 声环回路示意图 完成一次循环需要的时间倒数称为声环频率，它与流体的速度有关。通过测量顺、逆流声环频率差，可以求得流体速度，其最终形式为： 6.4.2 超声波多普勒流量计测量原理 6.4.2.1 基本工作 原理 测量原理—多普勒效应 根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源频率，因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比。 在超声波多普勒流量测量方法中，超声波发射器为一固定声源，随流体一起运动的固体颗粒起了与声源有相对运动的“观察者”的作用，其作用为:将入射到固体颗粒上的超声波反射回接收器。发射声波与接收声波之间的频率差，就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。由于此频率差正比于流体流速，所以测量频差即可求得流速，进而得到流体的流量。 超声波多普勒流量测量的一个必要条件是：被测流体介质中应含有一定数量反射声波的固体粒子或气泡等的两相介质。该特点可用于测量两相流，这是其它流量计难以解决的问题。因此，作为一种极有前途的两相流测量方法和流量计，超声波多普勒流量测量方法目前正得到日益广泛的应用。 6.4.2.2 流量方程 图6-26 多普勒效应示意图 如图6-26所示，当超声波束在管轴线上遇到一固体颗粒，该粒子以速度u沿管轴线运动。对超声波发射器而言，该粒子以ucosα的速度离去，所以粒子收到的超声波频率f2应低于发射的超声波频率fl，降低的数值为 ： 综合各种因素，最终体积流量为： 其中： ucosα 6.5热线测速计 组成：热线，支架。 原理： 热线被电加热发热，当被测流体从热线表面流过时，它们之间发生对流换热，当电发出的热流量等于流体流过发生的对流换热量时，热线将维持在一定的温度上。该温度与流体流速具有确定的