外夹式超声波流量计测量方法简单介绍

 采用基本的传播时间法，如图1和2所示，两个外夹式换能器捆绑在管道的外面。两个传感器发射和接收具有时间标志的脉冲。零流量时，声波在两个传感器之间往返的时间是完全相同的。实际上，这是唯一可以实际测量零流量的技术。流体开始流动时，顺流方向的传播时间较短，而逆流方向的传播时间较长。通过测量上述顺流和逆流的时间差，来确定管道内流体的流量（参见下页有关宽束技术和外夹式换能器用管道作为信号声导技术的介绍） 。
    图1的安装方式称为“反射式”。两个换能器安装在管道的同侧。超声波从管道的一侧射入，通过对面管壁的反射，由同侧的另一个换能器接收。采用直径式操作，而不是弦式操作，后面将详细介绍直径式和弦式相比的优点。反射式可以避免非正常的流态如横向流的影响，并且具有自动调零AutoZeroTM 和动态调零Zeromatic PathTM 的功能（在管道周围空间不足时，采用反射式安装更容易。）

    图2显示的是另外一种安装方式，称为“直射式”。换能器安装在管道的两侧，也为直径式操作。直射式对于声导性差的流体或管道材质可以提供更好的性能，因为它缩短了声道的长度。

宽束技术
 管道本身作为声导向管道内流体发射超声波。与窄束技术相比，宽束技术在各种流量和不同的流体质量下性能卓越。
采用窄束技术，信号在单一固定频率下发射到管壁，不考虑管道壁厚。换能器作为发射装置，管壁作为换能器和流体之间的媒介。结果是，这一固定的频率不能与所有管道的特性相匹配，也就达不到贸易交接计量和泄漏检测需要的精度等级。
    宽束技术的突破是将成对换能器的注入角和频率与管壁的声音特性相匹配，产生宽束特有的共振波形。
    用管道作为声波波导，信号传输时不产生失真(见图4)。由于管道实际上是向流体发射信号的元件，在流体中的信号波形必须与管壁中的信号波形相匹配。实际上，换能器只是激励了管壁中的共振，管壁也就成为换能器系统的主要组成-而不是要克服的障碍。因为管壁在传输中作为共鸣板，声发射面的有效长度远大于实际换能器的物理尺寸，这就是宽束技术卓越不凡之处。通常声束的宽度是实际换能器工作面长度的3至5倍，或者说是3” 至15”（取决于换能器的规格）。 气体中的声束是非常准直的，这是由于较大的传输区域和低的气体声速，所以只有很小的声束散射。

    图3宽束信号入射
(显示的是协调一致的信号将管道变为“流量传感器”)
    为了精确的匹配管道的声音特性，宽束技术要求采用的频率远高于一般的插入式换能器。宽束技术用于气体测量的工作频率范围通常在200 kHz到2.0 MHz之间。这一频率可以避免来自阀门等的低频噪音影响，而对于插入式传感器的超声波流量计，工作在100kHz 至 200kHz的频率范围内，因此阀门等低频噪音对插入式有灾难的影响。
    采用宽束技术，声波信号是以与管道相匹配的共振频率发射到管壁中的。这一匹配的频率是通过采用康乐创专利的技术实现的，即宽带、变频扫描。换能器激发管壁振动，使管壁成为发射装置（图1和图2所示）。通过用管壁作为发生器，声束宽度与窄束技术相比加宽很多。宽束声波可以减小高速流体造成的声束吹偏的影响，只要“部分”声束被接收换能器接收，即可连续、精确的测量操作。同样杂物（固体颗粒、液体中的气泡、气体中的液滴）也不能向窄束那样完全遮挡住整个宽束。
    利用这些特性，宽束技术可以测量各种可变特性的流体，因为可以将接收换能器放置在声波传输声道上的任何位置，均可接收到信号而与流体中信号折射角度无关。该技术不受温度或流体特性变化的影响，也不受混入的湿气和固体的影响（这一技术的显著特点是只需要很低的安全驱动电压 (+15V)；窄束技术通常用300V或更高的电压来发射信号，这在石油行业是超出安全范围的）。
    下面图4 和 图5显示的是窄束声波注入可以影响流量计运行的两种情况。图4a显示的是窄束换能器在某一特定的流量下标定的，但是该流量低于实际使用的流量。结果造成窄束声波被吹离所对应的接收换能器。图4b显示的是宽束技术是如何防止吹离的影响的，因为对宽束声波的吹离

    图5显示的是流体质量对性能的影响。污染物可以削弱换能器之间的信号强度。在VI-4a图中是窄束的技术，污染物可以影响大部分的声束。而对图5b中的宽束技术，由于污染物的位置是统计分布的，在同一时间只能有一部分被影响，还是能接收到足够的信号确保连续和精确的流量测量。

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