超声波流量计声道设计与研究.pdf

201 1年第1 1期 仪表技术 气体超声流量计声道的设计与应用 石泓然 (上海中核维思仪器仪表有限公司，上海201614) 摘要：介绍气体超声流量计的组成、工作原理以及声道设计原理，着重分析和阐述了声道的形式和数量对流量测量精度的影 响，以及不同声道组合形式对应用条件的要求，为产业化设计和应用提供了依据。 关键词：气体超声流量计；声道；设计；应用 中图分类号：TH814+．92 文献标识码：A 文章编号：1006—2394(2011)11—0001—04 Design and Application of Gas Ultrasonic Flowmeter’S Sound—Path SHI Hong—ran (Shanghai China Nuclear Weisi Instrument Co．，Ltd，Shanghai 201614，China) Abstract：The working and the sound—path design methodology of Gas Ultrasonic Flowmeter is revealed in this dis— sertation，particularly，the flow measurement accuracy influence caused by the forms and numbers of sound—path，inclu- ding the application request based on various sound—path mixed forms，are analyzed and expatiated．It contributes to the grounding basis for industrialization oriented design and application． Key words：gas ultrasonic flowmeter；sound—path；design；application 1气体超声流量计的组成和流量计算原理 1．1 气体超声流量计的仪表组成 常规的气体超声流量计一般由表体、转换器、流量 计算机(结算仪)三部分组成。维思公司的产品为了 满足终端用户单台仪器的独立使用，设计了一种具有 流量计算机的计算存储功能的双核转换器，它能独立 完成标况流量的计算功能，如图1所示。 超声换能器1、3 超声换能器2、4 图1 维思气体超声流量计的组成 1．2气体超声流量计的工作原理 在流量计的测量管段上装有一对超声换能器，超 声换能器1和2交替发射和接收超声波，采用超声波 检测技术，通过测量超声波沿气流顺向和逆向传播的 声速差、压力和温度，计算出气体流速及标准状态下气 体的流量。 换能器1 换能器2 图2 气体超声流量计原理示意图 如图2气体超声流量计原理示意图所示，假设两 换能器间的超声传播距离为L，超声传播方向与轴线 之间的夹角为0，超声波在静态气体中的声速为e。，则 当管道内气体流速为M时，超声波沿气流顺向传播和 逆向传播的速度c，、c：分别为： cI=￡／(tl—r1)=co+UCOSO c2=L／(t2一丁2)=Co—UCOSO 速度差：Ac=Cl—c2=L／(tI—rI)一L／(t2一r2)= 2ucosO 趴 “=志(击一去) ㈩ 上式即为速差法流量测量的基本原理表达式。式 中，t。、t：分别为超声波顺向传播和逆向传播时的声 收稿日期：2011—08 作者简介：石泓然(1953一)，男，高级工程师，从事气体超声流量计的设计和生产工作。 万方数据 ·2· 仪表技术 201 1年第11期 时，r。、r：分别为超声波顺向传播和逆向传播时电路、 电缆及换能器等产生的声延时。 从上式可以看出，速差法测量具有很大的优越性， 测得的流速“与媒质的声速C。(即成分)无关，这对于 生产现场实际测量是十分有利的。 由测得的管道中的气体流速，可以得到工况条件 下气体的瞬时流量Q： Q=Au=孚·志(去一去) 式中：D为管道直径，A为管道截面积，则转换成标准 状态下气体的瞬时流量Q。： Q。=Au·了P·再ro·iZo =型·土(击一去)·旦·巧T04 2cos0 t t T·圣Z(2)=一l?l‘?·一l Z’＼1一下l 2一下2／ Po ”7式中：P、T、Z分别为管道中工况条件下气体的压力、 温度和压缩因子，P。、ro、Z。分别为标准状态下气体的 压力、温度和压缩因子。 流量计在燃气管道应用的过程中，由于管壁与燃 气(流体)内部存在摩擦黏滞作用，实际燃气的流速在 管道截面上存在流速分布。前面提供的u是管道截面 内直径上的线平均速度“¨而测量实际流量需要的是 管道内截面的面平均流速U。。 ／／,s=K·Kc·t／,L (3) K