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1、便携式超声波流量计对在线流量计进行比对仪器仪表与应用石油化工自动化,2006,2:85AUTOMATIONINPETRo—CHEMICALINDUsTRY便携式超声波流量计对在线流量计进行比对黄彤(中国石化股份公司金陵分公司计量中心,江苏南京210033)摘要:简要叙述了超声波流量计的测量原理,着重介绍了便携式超声波流量计的安装使用方法,并分析了便携式超声波流量计用于在线流量比对方面的优势及不足之处.关键词:超声波流量计;换能器;在线流量计;比对中图分类号:TH814文献标识码:B文章编号:1007—7324(2006)02—008502
2、当在线流量计的数据突然发生变化时,很难判定是工艺上的原因还是流量计本身的故障所致.以往多采用将流量计拆回标定,现场安装备用流量计的方法来确定原因所在,这不仅影响了生产,而且极大地增大了维护的工作量.为解决这个问题,当对在线流量计产生疑问时,可采用便携式超声波流量计对在线流量计进行现场比对,以确定在线流量计本身是否存在故障.1测量原理超声波测量封闭管道流量的方法根据检测原理可分为多种,主要有时差法,多普勒法和声束偏移法.多普勒法主要用于测量气液两相流体或气固两相流体,而声束偏移法利用超声波在流体中传播时因流体流动而产生的偏移程度来反映流速或
3、流量值n].便携式超声波流量计采用的是时差法进行测量,声波在流体中传播,顺流方向声波传播速度会增大,逆流方向则减小,同一传播距离就有不同的传播时间,利用传播时间之差与被测流体流速之间的关系可求取流体流速,计算出流体流量.其测量原理如图1所示.图1超声波流量计测量原理注:D——管道内径;超声波传播方向与管道轴线间的角度;c——超声波在静止流体中的传播速度;一流体流速;s——两个换能器之间在管道方向的距离由图1中可以看出,顺流方向流体流经2个换能器之间的时间t.一÷;逆流方向时间C十二者时间差等≈(相对于c来说,可以忽略不计,故c一≈c)2则
4、流体的流速一At流体的体积流量一因此,c和D已知时,测出时差,便可求出gvo便携式超声波流量计是将换能器用夹装件固定在测量管道的外壁上,无需管道断流,安装简单,使用方便.测量时,晶体发出的声波通过声楔,耦合剂,管道壁,衬里等物件传到被测流体.在测量时需确定被测管道外径,管道厚度及衬里厚度以计算管道流通截面积,确定管道材质,衬里材质,流体名称和流体黏度以计算超声波的传播速度,还需确定换能器的安装方式以计算超声波的传播长度.当以上这些数据输入到流量计的主机后,主机可以精确地计算出换能器的安装距离.2安装方法换能器常见的3种安装方式为Z法,V法
5、,w法,如图2所示.通常情况下,管径小于300mm时,采用V法安装,管径大于200mm或接收到的信号较弱时,收稿日期:2005一IO一05;修改稿收到日期:2005—12-05作者简介:黄彤(1968一),女,江苏南京人,1989年毕业于浙江大学自动检测专业,学士学位,现在中国石化股份公司金陵分公司从事计量仪表应用工作,任工程师.石油化工自动化宜采用Z法安装.对于既可以用V法安装又可以用Z法安装的换能器,尽量选用Z法.实践表明,Z法安装的换能器超声波信号强度高,测量的稳定性也好.当管道直径非常小,在DN80以下时,可采用w法,但此种测量方
6、法超声波经多次反射,接收到的信号非常弱,而且对安装的要求也很高,建议尽量不要采用此方法.Z法V法■法图2超声波换能器的安装方式安装换能器时,管道外表面应去除保温层,去漆,锈迹应砂平,涂匀耦合剂,不能有空隙,否则声波会在固,气界面上发生折射,无法传到被测流体.换能器前后要有足够长的直管段,以确保流体所需的流速分布,一般情况下要求前直管段10D以上,后直管段5D以上,而且上游30D内不能装泵,阀等扰动设备.换能器安装在倾斜和水平管道上时,不要装在上部或底部,以免管道内的气体或杂质进入测量声道.换能器的安装要使超声波传播途径通过管道中心[2].
7、3测量精度将便携式超声波流量计安装在水流量标定装置不同管径的管道上,对其进行实流测试,由测试数据可以看出,便携式超声波流量计的测量精度可达1.5级.当在现场安装使用时,因受现场条件,介质状态,管道数据及安装的影响,测量精度略有降低,但测量误差不应超过其实际流量的士5%,因此,使用便携式超声波流量计对在线流量计进行在线比对是完全可行的.4在线测量中易出现的问题及对策如果便携式超声波流量计安装启动后,出现输出时有时无,且误差大的现象,有以下几种可能.1)换能器的安装距离不对.此时需检查换能器的安装距离与主机计算出的数据是否一致,轻微调整换能器
8、的安装位置与距离,提高信号强度.2)仪表设定的管径,衬里,流体等参数有误.此时需要对参数重新进行核实.3)换能器的安装位置不对.换能器安装时应避开管道的焊缝及连接处,也不能装在倾斜或水平管道的
