超声波流量计介绍 | |
作者：admin 录入：admin 2007-07-07 21:53:30   | |
超声波流量计在本世纪30年代首先研制出传播时间法中的相位差原理的流量计，50 年代研制成功频差法流量计用于测量航空燃料，开始进入应用阶段。60年代各国竟相研制出现大量专利申请。60年代末又出现了多普功效应的超声流量计，进入70年代随着电子技术的迅猛发展及大规模集成电路的出现。性能日益完善的各种型号超声流量计投入市场。据统计80年代后期日本、美国、西欧超声波流量计的销售量占流量仪表的4%~10%，估计年产量4100~5200台。 我国超声波流量计的研究起步较晚一些，60~70年代机械工业部上海自动化仪表研究所、北京大学相继研制，近几年一些科研单位和生产厂家又相继推出了一些新的超声波流量计。80年代中期本溪无线电一厂从日本富士电机公司，北京中瑞能仪表技术有限公司从美国西屋公司相继引进技术，生产组装国外品牌的超声波流量计，进入90年代随着国外更多的超声波流量计通过代理商的方式进入我国，其可谓超声波流量计呈现出一派欣欣向荣之势。它的优点更被人们所承认，而且在整个流量计市场的比重明显呈上升趋势。 二、国内外超声波流量计发展的现状 纵观国内市场见到的超声波流量计从测量原理上可以分为以下几个方面： 1、单次时间差法（见图） 该原理较为简单易懂它一般采用一个高频晶体，如果80M的或100M的晶体，作为基本时间基准，它记录从探头A发射到探头B接收到时这段时间tAB期间脉冲个数。由于水流速在超声波的传播方向上叠加了一个矢量合成因此正、逆程传播时间不同，就得到Δt = tAB －tBA通过这一差值就可以算出管道中的流体、流速。这种方法原理简单，电路实现较容易。但测量精度受基准时钟周期的限制，对基准时钟温度特性要求较高，另外它还受流体频率上限的限制，因此对于小管径的流体测量不利，一般情况下只适合于大口径管路的测量，而为了提高精度，一般采用多声道，多探头安装。 采用这种原理的生产的超声波流量计的典型厂家—开封仪表厂引进美国西屋公司的流量计，及近几年来进入我国流量计市场的荷兰爱尔特MDU—N型流量计等及香港一些厂家。 2、声循环法 由于超声波在管道中的传播时间很小，对于ф159管子，其传播时间 130μS，当流速V=6M时，ΔT仅为0.35μS，要想直接去测量这么小的时间差不容易，无法保证测量精度，因而采用声循环法。它是将一个发射的测量周期连续地进行若干次（假设为1000次）再取其总传播时间，这样就将很小的时间转换成一个大的时间来测量，将ΔT/1000即是时间差，由此得出液体的流动速度。这种电路实现方法也不太复杂，缺点是抗干扰能力差，在每一个测量周期中如果存在一次干扰信号（如气泡、固体、颗粒或其它干扰）那么就无测量信号，这个总的测量周期就告以失败，即使采取一定的补救措施也不能尽善尽美。那一个缺点是为了保证测量精度还需要进行几千次的循环，经过几千次以后，再加以滤波电路处理，数据平滑处理，液体的状态早已发生变化，不能准确地跟踪管道内该液体的情况。另一个缺点是精度差，每一次从发射到接收再激励发射，不可能没有时间差。客观上存在的时间差，也可能使整个测量的误差超出允许的范围。采用这种原理的长沙电子仪器二厂、本溪无线电一厂及珠海威乐仪表有限公司早期产品现已不生产。 3、单次脉冲时差法 在管道中所存在的正逆程时间差，它是由每次只发射一个脉冲来进行周期循环的。它通过引入压振荡器和发射计数同步电路求的VCO输出频率f和计数N值，即可以十分精确地求得时间 。它能够快速地跟踪管道内液体的变化。也正是因为如此，该流量计的测量量程较大即可以测量范围ф25～ф3000。此种原理的超声测量计典型代表：日本富士公司的FLB、FLV流量计、美国宝丽声公司的ISTT测时差流量计、北京衡安特公司的XA98型超声流量计，并且由于在数学模型中去掉了超声波在液体的传播速度C这项因子，因此我们认为它具有声速温度自动补偿功能。而且它能解决仪表的一致性问题。但是该原理设计的流量计电路较为复杂，一般需要多CPU微处理器共同工作。但是该原理的超声波流量计是现今超声流量计的主流方向。 4、多脉冲时差法 它采用宽脉冲传感技术配合可变频率传送线路，使传感器适应用不同的管材和管径传感器内石英会发出一种与管材谐振的频率。超声波信号在管壁内轴向运动后才下传送至另一个传感器，因此管道内即使充有较多的气泡或固体颗粒，接收传感器也应总能收到信号。但是由于它探头发出的超声频率与管道处于谐振状态，那么管道内的内壁结构和管外的一些保护层和锈蚀会影响它的谐振频率，影响超声波流量计的测量稳定性和精度。另外它的探头发出的超声频率是可变的，那么它针对不同大小管径需要选用不同规模的探头。共有5类（种探头）选配与管径大小。精度1～2%。 三、发展前景 超声流量计为了满足用户的需求，正在向测量范围宽（日本测到6m、美国可以到9m最小6.5mm）、测量可靠性高、适应现场能国强等方面发展，测量精度继续提高，美国宝丽声号称0.5级。同时一机多用，一机带多探头也是超声波流量计的发展趋势。  | |
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