dnf巨龙怎么搬砖:寻找“多通道超声波检测”方面的知识

多通道超声波气体流量计的原理及标定

对超声波流量计的研究已有近30年的历史，由于技术条件的限制，以前人们研究的主要是超声波液体流量计。90年代以来，随着科学技术特别是电子技术及传感器技术的发展，超声波气体流量计才日益受到人们的重视，并开始逐步走向实用化、广泛化。

多通道超声波速差法气体流量计采用声速差法，通过精确测量超声波沿气流顺向及逆向传播的声速差，测量各种口径管道内稳态或脉动气流的双向流速、流量。具有测量快速、对气体无流阻、无压力损失、量程宽、测量结果不受气体声速随成分、压力、温度变化的影响、对大管径及脉动气流也能进行正确测量等优点，解决了目前大口径大流量气体缺乏精确、便捷计量手段的难题[1]。

2 多通道超声波速差法气体流量计的原理

采用超声检测技术，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，算出气体流速及标准状态下气体的流量。其原理如图1所示；

图中，假设管道内径为D，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θ，则管道内换算成标准工况下的气体流量Q可表示为：

图1 流量计原理图

式中，t1、t2分别为超声波顺向传播声时和逆向传播声时，τ1、τ2分别为超声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，P、T分别为管道中实测的气体压力和温度，P0、T0分别为标准工况下气体的压力和温度。

在实际应用中，流量计采用了多声道的方法来消除流速分布不均匀的影响。
流量计由于采用了获得发明专利的“随机地多次测量时间间隔后平均”、“过零电平检测”、“提高超声发射接收能力”、“尽可能高的时标频率”及多通道等技术自措施，从而大大提高了仪器的测时及流量测试精度。

3 超声波流量计的静态试验

为了检验多通道超声波流量计的稳定性，在安装换能器的超声标准测量短截两端密封(即气体零流速)的情况下进行了为期7天的静态稳定性试验。

7天内流量计的流速测量显示平均值：0.002Om/s，标准误差：±0.0017m/s，流速最大值：0.0021m/s，流速最小值：－0.0060m/s。

4 超声波流量计的动态标定

采用与标准长颈喷嘴串接标定的方法。

4.1 长颈喷嘴流量测量装置

长颈喷嘴流量测量装置如图2所示。当气体在管道中流动而进入喷嘴时，由于流通面积缩小，流线束产生局部收缩，流速加快。其结果导致静压的降低。因而在喷嘴前后产生了静压差，这个静压差与气体流速有关，通过测量此静压差可以求出流量。

图2 长颈喷嘴法流量测量装置示意图

实验中，考虑到喷嘴流速太低时雷诺数太小，气体不为紊流状态，流速太高时，空气又有压缩性，因此喷嘴流速不能太低也不能太高。实验中喷嘴喉部流速基本限制在15~36米/秒之间。此时，通过分析，长颈喷嘴流量测量装置的流量测试精度为±0.6%[3]。

4.2 长颈喷嘴法流量标定系统装置

系统框图如图3所示。

图3 长颈喷嘴法流量标定系统示意图

图中，风机由变频调速电机驱动，通过变频调节电机转速或喷嘴打开的个数可以调节流量。喷嘴隔板上共有6个直径为D13Omm的长颈喷嘴，由于喷嘴流速限制在15~36米/秒之间，因此风量范围为700~10000米3/小时，对于D700mm管道，折算到管道内的流速范围为0.5~7.0米/秒左右。

在喷嘴测量段，喷嘴隔板前后的静压差由同济大学声学所自行研制的YC-2型数字化超声波微压差计测量，其测量精度经北京中国计量科学研究院标定，在0~500mm水柱范围内为±0.03%。

5 长颈喷嘴法标定结果

在管道内流速分别为0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0m/s的情况下，对超声波气体流量计进行了正反向流速下的5次重复标定实验。

不同流速下用长颈喷嘴及超声流量计多次重复测量的结果如表1所示。

表1 长颈喷嘴及流量计多次重复测量结果比较表

管道内流速测量
平均值（m/s）

喷嘴流量/超声流量
平均值、标准误差

喷嘴流量/超声
流量的极大值

喷嘴流量/超声
流量的极小值
0.561

0.990±0.005 0.996

0.985
-0.571

0.983±0.008 0.996

0.977
0.999

0.993±0.004 0.999

0.990
-1.013

0.990±0.001 0.992

0.988
2.062

0.988±0.003 0.993

0.984
-2.054

0.990±0.003 0.994

0.987
3.043

0.995±0.004 0.998

0.990
-3.062

0.999±0.001 1.000

0.997
3.977

0.992±0.002 0.993

0.989
-3.989

0.992±0.004 0.997

0.987
4.889

0.993±0.004 0.996

0.986
-4.907

0.993±0.004 0.996

0.986
5.904

0.997±0.002 0.999

0.994
-5.918

0.997±0.003 1.002

0.993
6.924

0.999±0.002 1.001

0.997
-6.931

1.000±0.004 1.004

0.993

从表1可以看出，超声波气体流量计的重复性很好，在不作任何修正的情况下，-7.0~7.0m/s流速范围内16个流速测量点的超声实测流量和标准喷嘴流量的偏差在0~+1.6%之间，标准误差小于0.82%。若根据标定结果对流量计进行修正，误差在±0.8%以内。

6 结论

由超声波气体流量计的静态标定及喷嘴法动态标定的实验结果表明：超声波气体流量计的稳定性、重复性均很好，有巨大的应用前景。