多普勒超聲波流量計

    多普勒超聲流量計顧名思義,多普勒超聲流量計是利用多普勒效應而產生的一種測流裝置。現今,它已是一種測量工業用水、污水流量的重要儀表。實際應用有便攜式、固定式。超聲換能器多為非侵人式的。測量管徑 12 一 5000mm ;精確度在士 1 % ~士 5 %。與時差法相比要低得多,甚至一些產品僅給出重復性,士 0 . 5 % ~士 1 % ,而沒有精確度指標。

一、工作原理

    多普勒流量計的工作原理如圖 4 . 15 所示。發射換能器 T 輻射頻率的超聲波,從流動著液體內的氣泡和固體顆粒上產生的散射波被接收換能器 R 所接收,其頻率變化與粒子(或氣泡)的移動速度成正比。

多普勒超聲流量計多普勒超聲流量計

二、構成和基本技術性能

    這里介紹一種單頻率多普勒超聲流量計,它由超聲流量傳感器和轉換器組成。圖 4 . 18 所示是整機方框圖。傳感器由一對帶聲楔的超聲換能器和標準管段組成,超聲換能器是插人式的。在發射器上產生的連續波頻率 ft ,經放大后加在發射換能器 T 上。 T 所發射的超聲波通過聲楔傳遞到液體中,照射在流體氣泡或顆粒上。接收換能器有良好的指向性,所接收到的散射波信號基本上是從管的中心附近區域反射來的。信號經放大與 ft 混頻,檢波放大,得到了接收頻率 fr 和 ft 的差值,即 fd 。這個多普勒頻率幾乘上補償系數 K ,得到平均流速 v ,再乘以管的截面積求得流量。單、雙頻率多普勒超聲流量計的基本技術性能見表 4 . 11 。雙頻多普勒流量是新出現的產品,以 SX - 40 型為主要代表。其變送器使換能器間斷地短時間產生兩個不同頻率的連續波聲信號。所產生的多普勒信號與原頻率會有固定的頻差,噪聲則沒有。將兩個多普勒信號重疊、提升,經信息處理后,獲得多普勒頻移 fd ,計算出來流速或流量。這種新型多普勒流量計能抗噪聲,并使測量精確度明顯提高,見表 4 . 11 。

三、特點

    實用的多普勒流量計不僅有本章一節二中所述的特點,還有其自身的優點。 ① 沒有零點漂移。 由于 fa 正比于 v ,在流體靜止時,不產生多普勒頻移。因此,變送器顯示單元不出現零點漂移 ② 不受聲信號幅度變化影響。聲信號在流體中傳播時會衰減,受擾動而起伏。盡管幅度變化,但發射和接收頻率卻不受影響。雙頻率多普勒法更具有抗干擾噪聲的能力。 ③ 分辨力好。由于發射頻率 ft 選擇較高,對于所測流速可以得到較高的 fd ,因此分辨力較好。例如 ft 為 2MHz , θ 角為 6 0 ° , v 為 lm / s 時, fd 約為 1 . 33kHz , 1Hz 約為 0 . 7mm / s 。 ④ 雙頻多普勒超聲流量計測量精確度已達 1 %。雖然比不上時差法,但是其儀表價格相對要低 ⑤ 測量與流體聲速無關。

多普勒超聲流量計

四、應用中需要注意的問題

    ① 流體中微粒子濃度。由于多普勒法是利用氣泡和微粒子所反射的聲信號工作的,因此若流體不含有氣泡和微粒子,則不能工作。實際上不含有微粒子和氣泡的液體很少。以含有低限度懸浮粒子百之三十以上的流體作為測量對象 ② 保證直管段長度,安裝部位要合理。為了保障管內液體流速分布較好(多數情況為紊流狀態),消除不均勻狀態,直管段長度上游側至少為 15D ( D :直徑),下游側為 5D 以上。管內流場狀態決定補償系數,否則加大誤差。

    傳感器不應安裝在下列位置:管道未充滿;液體向下流動;離彎頭太近;管內有沉淀物堆積。對于水平放置的管線,傳感器不要安裝在管的上側或下側。 ③ 聲藕合要好。對于非侵人式傳感器安裝部位的管壁面應較好、平坦、光滑,定位要對準確。超聲傳感器與管壁之間的聲藕合(聲接觸)是通過油脂完成的。油脂可以是硅、硅脂、凡士林、機油等。藕合層不能侵人空氣、固體物。 ④ 對于流量測量精確度要求不高的場所如精確度為士 5 % ,儀表不必經校驗即可使用。頻多普勒超聲流量計精確度已達士 1 % ,單頻率的可達士 2 %。若經過標定使用,精確度會一些。 ⑤ 管內徑應精確測量。

多普勒超聲流量計

多普勒超聲流量計

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