多聲道氣體超聲波流量計測量原理與換能器安裝
流體在管道中傳輸時的流速分布并不均勻,單個聲道所測的流速并不能充分反映出管道內(nèi)的流體流速,而多聲道流量計通過測量每個聲道所在位置的線流速,然后通過數(shù)據(jù)融合的方式將這些線流速進行融合,求得管道中的流體流速,因此測量精度更高。本章前兩節(jié)介紹的內(nèi)容針對的是單個聲道中流速測量原理以及渡越時間的計時方法。而在多聲道超聲波流量計中,會有若干個聲道相互獨立工作。
多聲道超聲波流量計中流速計算公式為:
式2.12中,N為流量計聲道數(shù)量,v*為i聲道流速,w;為i聲道的權(quán)值系數(shù),它的值取決于聲道布置的積分算法,v為管道中的流體流速。 管道中流體的體積流速為:
其中,A為管道的橫截面積。 理論上聲道數(shù)目越多,流速計算結(jié)果精度越高,但根據(jù)文獻資料可知,當聲道數(shù)達到八個后,繼續(xù)增加聲道數(shù)量對精度的提升有限,而成本卻會急劇增加,因此,實際中的聲道數(shù)目可以根據(jù)實際需要進行選擇。
換能器安裝方式:
根據(jù)仿真實驗以及實踐的結(jié)果,單聲道和多聲道超聲波流量計均有若干種不同的聲道安裝方式。 對于單聲道超聲波流量計,常見的換能器安裝方式有直射式和反射式。直射式的分為過徑聲道和弦聲道安裝方式,其示意圖如圖2.7所示。
圖2.7 直射式安裝方式示意圖
圖中,2.7(a)中換能器安裝在過徑聲道,2.7(b)中換能器安裝在弦聲道。與弦聲道的測量流速相比,過徑聲道的測量流速對管道中流體流速的變化更加敏感。 反射式安裝方式分為一次反射和二次反射式,其示意圖如圖2.8所示。
圖2.8反射式安裝方式示意圖
圖2.8(a)為一次反射式安裝方式,圖2.8(b)為二次反射式安裝方式。相比于直射式安裝方式,反射式安裝方式更能反映各聲平面的流場分布,抗漩渦及交叉流的能力比較強,但是由于反射式的傳播距離較長,并且反射式存在較大的能量損失,因此接收到的超聲波信號比較微弱,信噪比教低,因而對換能器以及信號調(diào)理電路要求更高。 根據(jù)ISO/TR12765中的說明,多聲道超聲波流量計中聲道的布置方式也有很多種,其中***常用的是平行布置方式、交叉布置方式和網(wǎng)絡布置方式。圖2.9為多聲道超聲波流量計中聲道的布置方式示意圖.2.9(a)為平行布置方式,2.9偽)為交叉布置方式,2.9(c)為網(wǎng)絡布置方式。
圖2.9多聲道安裝方式示意圖