超声波流量传感器课件.ppt

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1、,第三章 流量传感器,3.3 超声波流量传感器,3.3 超声波流量传感器,单元内容一、知识讲解 1、超声波流量计的特点 2、超声波流量计的原理 3、超声波流量计的分类 4、超声波流量计的选用 5、超声波流量计安装（自学）6、超声波流量计安装注意事项（自学）二、归纳总结 三、作业,2学时,3.3 超声波流量传感器,超声波流量计相关知识，观看案例、动画、视频，总结超声波流量计工作过程，,3.3 超声波流量传感器,超声波是一种机械波，是机械振动在媒介中的传播过程。20KHZ以上频率的机械波称为超声波，其波长较短，近似直线传播，在固体和液体传播介质内衰减比电磁波小，能量容易集中，可形成较大强度，产生剧

2、烈振动并引起很多特殊作用。,3.3 超声波流量传感器,超声流量计是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的流量计。,优点:(1)可做非接触式测量;(2)流体中不插入任何元件，对流速无影响,为无流动阻挠测量,无压力损失;(3)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。(4)流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响。(5)能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐蚀的液体的流量测量，也能测量气体的流量；(6)对于大口径管道的流量测量，不会因管径大而增加投资；(7)量程比较宽，可达5：1；输出与流量之间呈线性等优点,3.3 超声波流量传感器,缺点:(1)传播时间法只

3、能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;(2)多普勒法测量精度不高。(3)可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200以下的流体(4)测量线路比一般流量计结构复杂,成本较高。(5)当被测液体中含有气泡或有杂音时，将会影响测量精度，故要求变送器前后分别有10D和5D的直管段。,3.3 超声波流量传感器,3.3 超声波流量传感器,一、超声波流量计工作原理,当超声波束在液体中传播时，流体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，由此可求出

4、液体的流速。,其中 F为瞬时流量（单位：立方米/小时）D为管道的内径（单位：米）V为流速（单位：米/秒）,3.3 超声波流量传感器,3.3 超声波流量传感器,根据对信号检测的原理，超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。应用概况(1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等;(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体。例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。,二、超声波流量计分类,三、超声波

5、流量计传感器选用原则,1.温度要求.2.信号要求.导声较差的介质和大的管道选择低频探头.3.精度要求.频率越高精度越高.2寸以下一般用CF-LP探头,3.3 超声波流量传感器,4.管道要求,(1）直管段要求:前10后5.即在传感器安装位置前10倍直径长度和后5倍的直径长度无弯头,阀门等引起流体扰动的装置.（2）准确测量管经外径周长或直径.（3）确定管道材质和壁厚及接触温度.（4）确定是否有内衬及种类和厚度.,3.3 超声波流量传感器,5.介质要求,（1）已列出的介质直接选择（2）未列出的介质需输入声速或选择跟踪窗口测试（3）确定声速的目的是在窗口中央将信号检出.,3.3 超声波流量传感器,3.

6、3 超声波流量传感器,超声波流量计在安装之前应了解现场情况，包括：1安装传感器处距主机距离为多少；2管道材质、管壁厚度及管径；3管道年限；4流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管；5流体温度；6安装现场是否有干扰源（如变频、强磁场等）；7主机安放处四季温度；8使用的电源电压是否稳定；9是否需要远传信号及种类；,超声波流量计的安装在所有流量计的安装中是最简单便捷的，只要选择一个合适的测量点，把测量点处的管道参数输入到流量计中，然后把探头捆绑在管道上即可。,3.3 超声波流量传感器,要求选择流体流畅分布均匀的部分，为了保证测量精度。一般应遵循下列原则：,3.3 超声波流量传感器,1.选择测量点,

7、3.3 超声波流量传感器,（1）要选择充满流体的管段，如管路的垂直部分或充满流体的水平管段。,3.3 超声波流量传感器,（2）测量点要选择距上游10 倍直径，下游5 倍直径以内均匀直管段,没有任何阀门等干扰。,3.3 超声波流量传感器,（3）避免安装在管道系统的最高点或带有自由出口的竖直管道上（流体向下流动）,3.3 超声波流量传感器,（4）对于开口或半满管的管道，流量计应安装在 U 型管段处,3.3 超声波流量传感器,(5)充分考虑管内壁结垢状况，尽量选择无结垢的管段进行测量。实在不能满足时，需把结垢考虑为衬里以求较好的测量精度。,3.3 超声波流量传感器,(6)要保证测量点处的温度和压力在

8、传感器可工作范围以内。(7)两个传感器必须安装在管道轴面的水平方向上，并且在轴线水平位置45o 范围内安装，以防止上部有不满管、气泡或下部有沉淀等现象影响传感器正常测量。如果受安装地点空间的限制而不能水平对称安装时，可在保证管内上部分无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装传感器,3.3 超声波流量传感器,(8)选择管材均匀密致，易于超声波传输的管段。,实在不能满足时，需把 结垢考虑为衬里以求较 好的测量精度。*选择管材均匀密致，易于超声波传输的管 段。,3.3 超声波流量传感器,3.3 超声波流量传感器,2.管路安装(1)上、下游直管段 紧邻超声流量计的上、下游安装一定长度的直管段。上游条件较为理

9、想时，要求上游直管段为10D，下游直管段为5D（推荐上游直管段为20D，下游直管段为5D）。双向流动时，上、下游直管段均应至少10倍管道公称直径,3.3 超声波流量传感器,(2）超声流量计表体安装 超声流量计表体安装各厂家要求各不相同，一般应保证表体水平安装，有的还应将表体法兰上定位销孔与上、下游直管段相应销孔对齐。安装时应留有足够的检修空间。（3）突入物 超声流量计的内径、连接法兰及其紧邻的上、下游直管段应具有相同内径，其偏差应在管径的1以内；,3.3 超声波流量传感器,（4）内表面 与超声流量计匹配的直管段，其内壁应无锈蚀及其它机械损伤，在组装之前，应除去超声流量计及其连接管内的防锈油或沙

10、石灰尘等附属物。使用中也应随时保持介质流通通道的干净、光滑。（5）温度计插孔 对单向流测量，应将温度计插孔设在超声流量计下游距法兰端面（25）D之间；对双向流进行测量，温度计插孔应设在距超声流量计法兰端面至少3D的位置。,3.探头接线,上游传感器的芯线接到上游+接线端子上，屏蔽线接到上游-接线端子上，下游传感器的芯线接到下游+接线端子上，屏蔽线接到下游-接线端子上。建议一般情形下，都要使用专用电缆。专用电缆损耗小，抗干扰性好，能保证仪表长期可靠工作。,3.3 超声波流量传感器,4.安装探头,（1）在安装探头之前，须把管外欲安装探头的区域清理干净，除去一切锈迹油漆，选择出管材致密部分进行探头安装

11、：在探头的中心部分和管壁涂上足够的耦合剂，然后把探头紧贴在管壁上捆绑好。,3.3 超声波流量传感器,3.3 超声波流量传感器,（2）确定探头安装方式超声波流量计一般有两种探头安装方式，即Z法和V法。通常情况均使用V法。但是,当D 200mm而现场情况为下列条件之一者,也可采用Z法安装：1、当被测量流体浊度高，用V法测量收不到信号或信号很弱时；2、当管道内壁有衬里时；3、当管道使用年限太长且内壁结垢严重时；4、安装空间有限时（Z法的安装空间约为V法的一半）；,3.3 超声波流量传感器,V 法（常用的方法）V 法一般情况下是标准的安装方法，使用方便，测量准确。可测管径范围为 15mm 至大约400

12、mm；安装探头时，注意两探头水平对齐，其中心线与管道轴线水平。,3.3 超声波流量传感器,Z 法（最常用的方法）使用 Z 法时，超声波在管道中直接传输，没有折射（称为单声程），信号衰耗小。Z 法可测管径范围为100mm 至6000mm。实际安装流量计时，建议200mm 以上的管道都要选用 Z 法（这样测得的信号最大）。,3.3 超声波流量传感器,（3）探头位置确定1、将管道参数输入仪表，选择探头安装方式，得出安装距离；2、在水平管道上，一般应选择管道的中部，避开顶部和底部（顶部可能含有气泡、底部可能有沉淀）；3、V法安装：先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点。Z法安装：先确定一个点，

13、按安装距离在水平位置量出另一个点，然后测出此点在管道另一侧的对称点。,3.3 超声波流量传感器,1、用清洗剂和砂纸清除管道上探头安装部位的坑凹不平、腐蚀锈斑等创伤，达到光洁、平整。2、清理的范围应达到探头安装尺寸+200mm宽度的整个管道圆周。3、管道上覆有防护层时，清理时应提前剥去。,（4）探头安装表面的处理,（5）探头安装,3.3 超声波流量传感器,安装探头过程中，千万注意在探头和管壁之间不能有空气泡及沙砾。在水平管段上，要把探头安装在管道截面的水平轴上，以防管内上部可能存在气。如果受安装地点空间限制而不能水平对称安装探头，可在保证管内上部分无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装探头。注意：两

14、个探头要安装在管道管轴的水平方向上；探头的安装方向。,3.3 超声波流量传感器,1、液体必须充满管道，查明并准确输入管道外径、材质、壁厚、衬里材料及衬里厚度等管道的相关参数。2、换能器安装时前、后直管段应至少满足前10D后5D的要求，避开管道顶部和底部，尽量安装在管道的水平位置，或与水平直径成45角的范围内，注意避开焊缝。,五安装时注意事项,3.3 超声波流量传感器,3、根据流量计计算出的安装距离安装换能器时，并综合参考流量计的信号强度、测得声速值、信号质量、安装距离检查等参数，将换能器安装位置调整到最佳位置。若流量计测得声速值与实际声速值相差超过6 m/s时，流量计测得的流量值与实际流量值也

15、会出现差异。,3.3 超声波流量传感器,4、流量计在不同管径上检定、校准，会得到不同的修正系数，即使同一台主机使用相同类型的不同换能器，也会得到不同的修正系数。因此，使用单台超声流量计对不同管径进行测量的用户，应按照国家计量检定规程的要求定期送检；检定时应注意，管径、安装方式及主机与换能器的组合应与实际使用情况尽量保持一致。,五安装时注意事项,归纳总结,作业,超声波流量计的安装需要注意很多事项。,1、所测的介质不同，如何操作？2、工艺要求测量的点离电机泵很近，不超过10D，可以测量吗？3、便携式超声波流量计的检定证书上按照不同的口径给出了不同的流量系数，什么时候使用？,3.3 超声波流量传感器,