sonar flowmeter声纳流量计

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1、被动声纳技术在选矿流量测量中的应用摘要在这篇文章中，CiDRA的专利技术平台以及其应用将得以描述。该公司的无损，被动声纳阵列流量计技术通过一组轴向的传感器阵列测量自然发生在液体流相对方向中的结构变化，例如扰涡或者密度变化，提供了单液或者多液的体积流速的测量方法。这些传感器分布在管道外壁，不会因为安装而带来停机故障，并且有前所未有的可靠性。该技术可以测量多种液体中的流速-净水，有较高固体含量的泥浆，粘稠液体，甚至是携带气体的液体和泥浆。典型的和复杂的选矿流量测量问题和解决方案也会进行阐述。这些问题的例子包括，泡沫

2、管道中的测量，浮式离心供料线的测量，含有磁矿石或者其他磁石的泥浆测量，有腐蚀磨损材料的泥浆测量，高压管道测量，有结垢的管道测量等。包含了最新的技术开发。引言选矿工厂面对很多独特的有挑战的过程控制情况和环境。就流量测量而言，传统的流量计，例如超声波测量计，磁测量计，涡轮测量技，挡板测量计，涡流测量计，科里奥利流量计，文丘里流量计等，并没有很好的为这些类似的过程提供合适的处理方法，一类新的流量计被研发出来，并且在这些复杂过程中运行良好，并且解决了流量测量中的常见问题。这类新的流量计利用了基于处理算法和被动声纳阵声纳

3、的处理技术，同时把液体组成纳入考虑。这类新的流量计可以精确可靠的工作，并且不与液体直接接触。这些测量方法几乎可以再任意管道任意液体中得以实现。操作原理声纳阵列流量计在跟踪与测量管道轴向方向的扰动的平均速度方面几近完美。这些扰动通常液体流动形成对流，在管壁或者在液体泥浆中传播。首先让我们先聚焦在于液体形成对流的扰动上。与液体对流的扰动将带来密度，温度的变化，以及扰流。几乎所有的工业流水都会有扰流与液体形成对流，因此提供了一种很好的流量速率测量的方法。扰流和流速在大多数选矿流量测量应用中，管道中的液流都是扰动形式的

4、。扰动的液流由涡流组成，通常就是漩涡和绕涡，这些涡流在管道中以随机的方式流动，但整体上却保持跟液流一样的速度，不过它们的流动方向与液流相反。这些绕涡由图1可见：这些漩涡不断被产生。一旦被产生，它们就又会分解成为更小的漩涡，这个过程将一直持续，直到它们通过液体之间的粘滞效应以热的形式消散。对于多种管径的水流，这些漩涡在被分解为小涡流之前都保持结构和大小不变。在管道中的涡流有各种大小，最大的被管道的管壁包围，最小的被粘滞效应束缚着。通常，这些涡流分布在管道横截面，因此也在液流截面上。液流截面本身是一个液流轴速的时间

5、平均，轴速是一个根据辐射位置变换的函数，在管壁上速度为零，而在液流中心出速度最大，在图1可见。在扰流中，轴向远离管壁处的轴速迅速增加，并且进入一个慢变时间平均的速度截面。因此，如果跟踪整个涡流的平均轴速，就可以得到接近液流的平均速度。阵列测量液流通过被动传感器的阵列和及其处理算法，一组涡流的平均轴速可以求得。使得这个测量可行的方法如下：1、涡流的运动将带来管壁内的微小压强变化2、这个小的压强改变导致了管壁本身的动态变化3、这个机械变化压力的信号通过管壁周围的被动传感器被转变为电信号，传感器以部分或者完全的缠绕的

6、方式绑在官道上，不需要耦合黏胶和液体。4、电信号被阵列中的每一个传感器检测到。这些传感器以精确地距离分布在管壁的轴向上。5、由每个传感器得到的电信号都将提供传感器下面声波的频率和相位的特征信息。6、阵列处理算法通过组合这些由传感器单元传递回的相位和频率信息，计算出当涡流在管中传播的流动速率。这种测量方法在实际应用中有很多挑战。包括一个拥有大型泵的环境，液流产生的声源和所有能给管壁带来压力的震动。因为由涡流带来的震动通常比液体流动和管道震动带来的震动小得多。阵列处理算法的优越在于它可以分离并且测量不同组成的速度，

7、不管是由对流绕涡传递的弱信号还是由液体流动和管壁震动产生的强信号，都可以被计算出来。声波的速度用来测量液体组成或者携入气体含量，这个则是另一片论文的主题。这项技术有助于一种测量稳健指示器或者又名质量因子的产生。大多数其他的流量计不能提供测量质量的指示。相反，在声纳处理算法中，这样的质量因数可以通过比较液流信号相对背景能量级的强弱得到。一个质量因数的范围是从0到1，任何一个可以提供超过0.1到0.2（由应用决定）质量因数的流量测量方法都是一种好的方法。目前这项技术可以得到液体或者泥浆的体积流速率，速率范围可以从3

8、ft/sec到几百ft/sec。该技术适用于测量任意大小的管道，只要液体是扰动形式的。对于一些非牛顿液体，甚至在没有扰动之下也可以测量。管道必须充满，以便给出较为准确的体积流速率，不过管道可以含有以混合气泡形式存在的携带气体。校准和维护通过跟踪绕涡得以实现的体积流测量必然需要一些调整和校正。但实际中，这种调整仅仅会改变结果的百分之几，这依赖于雷诺常数。鉴于液流测量和其校正并不依赖与任意