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根據超聲波流量計時(shí)差法測量原理的流速與流量公式可知,超聲波流量計測量準確度與儀表幾何參數和時(shí)間差測量的準確度有關(guān),并且流量修正系數受流場(chǎng)均勻分布情況影響,所以主要影響測量準確度因素可以分為計量管段幾何參數、流場(chǎng)因素和信號因素。
3.3.1信號因素
時(shí)差法超聲波流星計是根據超聲波傳播時(shí)間差來(lái)測得流速,超聲波信號的采集與處理是獲得全部流場(chǎng)流動(dòng)信息的關(guān)鍵因素,因此如何處理超聲波信號是影響傳播時(shí)間和流量測量準確度的關(guān)鍵所在,超聲波信號的質(zhì)量至少應滿(mǎn)足信號處理方法的要求。圖3.3為典型的超聲波測量系統。
超聲波流量計的信號處理方法可以分為時(shí)域分析和頻域分析兩種,傳播時(shí)間與超聲波脈沖周期的關(guān)系或聲道長(cháng)度與聲波波長(cháng)之間的關(guān)系決定采用哪種處理方法。單脈沖傳播時(shí)間測量法和相關(guān)峰值位移法是應用非常廣泛的時(shí)域處理方法,確定接收信號的過(guò)零電平交點(diǎn)是關(guān)鍵所在。在實(shí)際工業(yè)應用中,換能器選用較寬的頻帶方便測量,但是不均勻的流場(chǎng)分布、聲學(xué)噪聲影響、超聲波換能器損壞和測量管段處出現密度梯度等因素都會(huì )導致超聲波信號變形,降低測量準確度。因此高精度測量傳播時(shí)間和信號處理方法仍需進(jìn)一步研究。 本文將不以超聲波信號處理部分做為研究的重點(diǎn)內容。
3.3.2流場(chǎng)因素
超聲波流量計的測量條件是流場(chǎng)呈充分發(fā)展流動(dòng)狀態(tài),但在實(shí)際應用中由于管道走向(平面單彎管、空間雙彎管)、管道中的流量調節閥、壓力調節裝置等因素導致流場(chǎng)出現非理想分布,從而對超聲波流量計的測量誤產(chǎn)生-定的影響。
在實(shí)際工業(yè)應用環(huán)境中由于彎管的存在,流體中存在各種波動(dòng),流場(chǎng)很難達到穩定狀態(tài)。在充分發(fā)展直管道流動(dòng)中,管道截面.上的速度分布和流量修正系數都可根據公式獲得,因此這種條件下超聲波流量計可以達到非常好的計量精度。在現場(chǎng)工業(yè)環(huán)境中,通常應用整流器克服各種阻流件等因素導致流場(chǎng)分布不均勻,本文將重點(diǎn)研究超聲波流量計測量段上游平面彎管、空間彎管和閥門(mén)對測量精度的影響,并利用整流器的整流效果,從而提高測量準確度。
時(shí)差法測量原理是在管道內流體為理想流動(dòng)狀態(tài)下,通過(guò)測量換能器對射線(xiàn)上無(wú)限多點(diǎn)的流體速度值,再加權求和得到截面.上的面平均流速,從而得到流量值。研究試驗表明,單聲道超聲波流量計在良好的流場(chǎng)環(huán)境中測量精度可達0.5%,如果在單聲道超聲波流量計測量段上游安裝平面90°彎管時(shí),會(huì )造成流量測量誤差大于4%;可見(jiàn)非理想流場(chǎng)會(huì )降低超聲波流計測量準確度。在超聲波流量測量段中采用多聲道布置方法,可以獲取整個(gè)流動(dòng)截面的流速信息,相比單聲道測方法測量精度得到了提高。本文也將多聲道測量方法做為研究?jì)热荨?br />3.3.3安裝效應及計幾何段參數因素
流星計在生產(chǎn)和應用中,管道直徑和管道壁粗糙度也會(huì )對測星產(chǎn)生較大的影響。不同管道的質(zhì)量?jì)?yōu)劣不一樣,并且使用過(guò)程中管道的磨損和腐蝕等因素會(huì )對管道壁的粗糙度造成十分嚴重的影響,從而使流場(chǎng)中阻力和速度梯度增大,對流量的測產(chǎn)生一定的誤差。
超聲波流量計的不同安裝方式和換能器安裝角度不同會(huì )產(chǎn)生不同的測量結果,所以需要根據現場(chǎng)實(shí)際情況選擇非常合適的安裝方向和角度。超聲波流量計是通過(guò)時(shí)間差來(lái)測得管道截面流速,可以利用多聲道來(lái)更準確的獲取流場(chǎng)速度信息,但不同安裝方式不可避免的會(huì )產(chǎn)生一定的誤差 ,并且換能器安裝角度也會(huì )造成測量結果與實(shí)際真實(shí)結果之間的偏差,因此,選取合適的安裝方式和角度在一定程度上可以提高測量準確度。
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