丹尼尔气体超声波流量原理简介计

超声波

超声波的产生和检测

压电晶体制成的传感器用来产生和感测超声波信号


Hale Waihona Puke Baidu
压电晶体的反向效应用来产生超声波振动
压电晶体的正向效应用来感测超声波振动
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流量计传感器

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时间直通式测量原理的精确性


电子时钟的稳定性
连续测量与流体状态相关的声波脉冲 对电子元件和传感器引起的信号滞后给予恰当 的补偿
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超声波流量计
传输时间 004
.
X
Flow
D
传输时间 .007
.003
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高级超声波流量计流量方程
任意一对传感器
t1 =
L c - v(x/L)
Flow
X

AGA 9号报告:超声波流量计的通行标准
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演示的目的
为参加本次交流的各位增加对超声波流量 计认识所必需的基本知识.
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如何确保超声波流量计的精度


精确的几何加工尺寸和精密的传感器定位
仪表的整体化技术贯穿于设计的全部过程中 对流体剖面特性及流场,流态的检测,并采用精确 的数学模型进行补偿 时间直通式测量原理本身具有较高的精准度

声波是如何产生的 ?


声波的频率 (Hz)

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声波的基本知识

声波的速度

速度是指声波通过某一介质的速率(米/秒, 英尺/秒), 它 是独立于频率的一个概念 介质的弹性越大,声波传播的速度越快 介质的密度越大, 声波传输的速度越慢 如果气体的密度已知的话,声波的速度是可以计算出来 的
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流速测量
流量与流体的流速和截面积有关
流量=流速*截面积
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普通型超声波流量计流量方程
tup =
L c - v(x/L)

超声波的频率在 20,000Hz以上
丹尼尔超声波流量计的工作频率是120 KHz

为什么使用超声波?


能够聚焦成一束光
在管道经常产生的干扰频率(60HZ)之上
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Flow
X
tdn =
L
L/2
L/2
D
c + v(x/L)
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普通超声波流量计的计算
L2 (t1 t 2 ) v 2 x t1t 2
单通道流量计
L (t1 t 2 ) c 2 t1t 2
衬垫 材料 导电 体
壳体
压电晶体 Disk
耦合 层
120 KHz 输入
24V 输入
120 KHz 输出
电压输出
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时间直通式原理的技术特点

Daniel 超声波流量计被称为时间直通式超声流量 计

1998: Daniel开发出可在线拆装的传感器并可提供在线的 拆装工具
1998: DFI(丹尼尔流量接口单元)板与Mark II电子单元一体 化

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超声波流量计的技术特点


声波的波长

波长等于声波的速度除以声波的频率
随介质的密度降低而变弱
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声波的强度

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超声波

超声波是高频率的声波

人类可以通过听觉感知到的声波频率范围从20到 20,000 Hz
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超声波流量计的技术特点

较低的运行成本
不影响流体的正常流动 压力降小


不用加压... 节约了电费

低安装成本
高容量 高量程比 (可达100:1) 降低了对上下游直管段的要求

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1994: Daniel引入防爆的Mark II电子处理装置
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丹尼尔超声波流量计的发展历史

1996: Daniel开发出单通道的热帽式(Ultra-Tap)流量计并直 接安装在短接上,主要用于流量比对
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丹尼尔超声波流量计的发展历史

八十年代初期, 英国煤气公司开始研发四通道的超声波 流量计

1986: 英国煤气公司同意授权Daniel公司作为唯一的开发 商,进一步开发该类型流量计的工业领域的应用
1989: 第一台实用流量计顺利出厂,其包含大多数早期设 计,在英国开始销售并用于商业计量 1993: Daniel公司采样自动增益控制和数字信号处理技术 改善了流量计的电子单元,提高了信号的保真度和流量 计的精度
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多通道流量计算 流量计算的步骤

测量每个通道的声波传输时间 计算每个通道的速度 计算平均速度

流速乘以截面积
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电压值
时间 (微秒)
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信号检测
D
t2 =
L c + v(x/L)
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流量方程
流量从上述方程中求出
L (t1-t2) v= 2x t1t2 L (t1+t2) c= 2 t1t2
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超声波流量计的基本原理
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声波的基本知识

什么是声波 ?

声波是一种机械辐射能,它以实际物质为载体的纵向 压力波(注意它不是一种横截面或横向波). 当振动体与介质相接触时,便产生声波 单位时间内通过某一给定点的声波的数量叫声波的 频率
丹尼尔气体超声波流量计
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丹尼尔气体超声波流量计

演示的目的 简介


超声波流量计的基本原理
超声波流量计的技术规范 流量计的电子输出单元 丹尼尔流量计的使用和选型 流量计内部信息的获得及流量计的诊断
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超声波流量计的技术特点

应用实例

一台16”(DN400)的超声流量计可相当于三台 12”(DN300)的孔板流量计流通量的总和

投资:
一台16“多通道超声流量计的投资为$79,700; 三台12“孔板流量计带直管段的总投资为$184,300; 节约投资超过 $104,000

声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气流推动) 小于声波由下游向上游传输的时间(声波被气流反向 阻挡) 这两个时间之差与气流的速度存在某种对于关系 从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速 度和声波的速度

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时间直通式测量原理
本安型传感器信号检测回路
脉冲发生器
接收单元
检测单元
120 kHz 超声波信号
( 大大给予调节阀的干扰频率60 kHz)
时钟
100 MHz 晶振
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流体剖面特性

气体在管道的中心线一带流动较快,越接近管壁 流速越慢
单通道和双通道流量计需要流体经过流态矫正

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几何全众因子
全众因子仅取决于探头的几何分布情况!
A
B
C
D
Wa 0.1382 = Wb= 0.3618 Wc = 0.3618 Wd= 0.1382
多通道流量计
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流量计算

流量流速测量的结果 有关流体的全部计算结果取决于对声波传输时 间的测量 传输时间的测量取决电子器件的性能

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信号检测
阈值检测 - 模拟技术
2
v = 流体速度 c = 声速 t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间
超声波流量计的计算
多通道即多路流速测量!
A B C D
L (t1 -t2 ) Vn = 2x (t1 t2 )
2
S Vavg = n=1 Wn Vn
4
多通道流量计
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流态剖面流态矫正
对单通道和双通道流量计来说
0.242 CF 1 WR 0.835 LOG (0.2703 D Re 0.8
CF = 矫正系数 WR =管壁粗糙度 Re = 雷诺数
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精度
高级超声波流量计精度:优于0.5%,并可免标定 普通超声波流量计: 2%


热帽式超声波流量计: 2%

较低的维护费用
无可动部件, 可延长维护保养的时间间隔. 无插入管道内部的部件, 即使管道中有残渣也不会损 坏仪表的任何组件.

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