Tailored solutions for industrial flow measurement

多声道时差法

运用多通道超声波时差法进行流速测量,这种方法已经经过了许多年的应用证明,是行之有效的解决方案。首先,测出流体介质的流速,然后如果流体的横截面已知的话,就进行精确计算流体的流量。计算的数学模型是按照ISO6416(明渠)和ISO60041/ASME PTC 18(满管),通过下面的应用,可以发现这些方法,在明渠应用中基本特点和优势,其工作原理与满管一样有效。如需要更多的信息和资料请和我们德国公司联系,也可以与我们在中国的总代理公司(深圳万讯自控股份有限公司)联系!


超声波信号的生成

Generating ultrasonic signals

 超声波换能器通过压电陶瓷的原理将电信号转换成超声波信号、超声波信号转换成电信号,通过经过优化的隔膜材料,向介质发射配对的超声波信号,换能器的外壳有利于声传播的涂层,确保取得最佳的信号传播。


流体流速测量

Measuring the flow velocity

流量测量中,如何安装换能器?

最简单的情形是,两个换能器安装在两对岸霸体上,换能器之间的连线和明渠中心线夹角在15°-75°之间。两个换能器相互发射/接收信号,此时两个换能器一发一收(相互充当发射/接收),这样的一对换能器称之为一个测量声道,该图可以清楚的演示超声波的测量原理。


时差法-基本原理

Transit time method - Basics

象用一条船以最快的方向过河,从一个换能器到另外一个换能器,应该是如图的方式,顺流而下,走斜线,超声波信号也有相同的效应。向上流发射的超声波传播速度将比相反方向要慢,分别的测量二个方向的超声波传播速度,通过矢量计算,可以推导出流体的平均流速,主机的采样周期为120次/秒,可以通过取平均值,有效的使随机误差最小化。


多声道测量--挑战未知的流体截面

一个测点的流量计算,需要知道被测点整个流体横截面的平均流速。从原理上讲,只要知道一个声道的流速,就可以通过权重系数把这个截面的平均流速推导出来,但问题是这样的推导仅仅是针对已知截面形状和流体流动稳定的情况,大多数的测量是不满足这样的情况的,不具备这样理想的流体条件(要求足够的直管段和稳定的流场)。流体的回流、液面的波动和渠道边角的摩擦仅仅是影响流量推导计算的其中的一部分干扰源。因此,如果只依赖一个声道的话,测出来的流量将会产生较大的误差,这就是单声道测量的弊端。

Multiple path measurement

 

多通道的测量,即使是存在干扰的情况下,也能够获得一个比较好的精确流量测量,这就是我们所推荐的测量方法。下图是一个4声道的安装示意图,测点的平均流速时根据ISO6416(不满管情形)以及相对应的ISO60041/ASME PTC 18(满管情形)标准来确定的。可以肯定的是,若要获得足够高的精度,那么需要的声道数就越多。对于明渠,可以获得的测量精度达到1%,满管测量的话精度可以高达0.5%。

Measuring 02

 

上图显示了一种明渠上安装4声道的示意图,是一种推荐的可能方式。在这种安装方式下可达到:1%R(读数的1%)。最简单的方式是将换能器通过支架直接安装在明渠壁上,也可以通过导轨安装,这样就不需要断流,不影响什么,而且可以随着液位的变化,将探头向上或者向下移动,有相当的灵活性。德尔塔波不仅适用于矩形测点,其它任意形状,如梯形测点或者椭圆形测点都能够满足。我们有所有应用的解决方案,如果需要进一步的了解,请联系我们(深圳万讯)。

 


对于没有直管段情形,期望获得高精度

Messprinzip03

 如果安装点前直管段不够(<10个直管段),又希望得到足够高的精度,德尔塔波测量系统可以通过将换能器按照X型(交叉布置方法)保证测量精度。这样,由流体形状引起的系统误差-如”弯管“-就可以减少。

上图是一个标准的交叉4声道布置的测点,在一些关键性的测点,SYSTEC公司都会使用这种方式来保证精度。这是IEC600041和ASME PTC 18流量测量规范中认同的方式,是经过高性能和高速涡轮机为标定装置的验证。


多声道时差法-总结

  • 免维护,免标定
  • 高精度,高达0.5%
  • 在流场受干扰情况下,仍然可以达到高精度
  • 标准化流量计算(ISO6416,ISO60041,ASME PTC 18)
  • 换能器经过优化,信号强。

 

 

Product Summary

Number of acoustic paths

4 / 8 / 12 / 16 (later upgrade possible)

Number of pipes or channels

1 to 4 (later upgrade possible)

Measuring method

Multiple-path transit-time (time-of-flight)

Communication interfaces

RS232, LAN (Ethernet), USB

I/O

4..20mA, Relays, Transistors

Power requirements

90-250VAC

Certificates required / Acceptances

CE, Ex, ISO 9001 / ISO60041, ISO6416, ASME PTC 18

Path lengths

0,1..150m


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