超声波流量丈量影响因素的研讨

0 引言
　　流量计量作为计量迷信的组成局部，与公民经济、国防建设、迷信研讨有着亲密的关联。高精度的流量计量对保证产品德量、进步出产效力、增进科学技巧的发展均拥有主要的作用。传统的机械式流量测量仪表存在适应性较差、构造庞杂、安装保护不便利、需接触式测量等缺点。比拟之下超声波流量计则具备计量精度高、对管径的适应性强、敏锐度好、应用便利、易于数字化治理等上风。恰是因为超声波流量计存在的诸多上风，使得其成为了当今流量计量的主流。本文就影响超声波测量精度的重要因素进行了分析。
　　1 时差法超声波流量测量原理
　　基于超声波测量流量原理的方式重要有传播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪声法、流速-液面法等多种方式，这些办法各有特色，但在产业运用中以传播速度法最为广泛。其中，时差法测流量就是传播速度法中的一种，应用超声波在流体中顺向和逆向传播速度不同这一特色，通过计算超声波顺逆向传播时间差求出流体的速度，再根据管路的截面积和累计时间，终极求出通过管路流体的流量。
　　超声波流量计的中心器件为换能器，用来实现电信号和超声波信号的转换。考虑到超声波在流体中传输的时间差大小对测量精度的影响，所以在实际设计中，换能器的安装方式受管路粗细影响，个别分为同侧和异侧两种安装方法。
　　1.1 同侧安装
　　对较细管径的管路来说，普通选用同侧u型安装，换能器安装到管路的统一侧，在管路内部安装两个反射片，用于转换超声声路。同时内部进行缩径，这样能够放大流体流速，获取更大的时光差，进步丈量精度。
　　通过计算，可得到流体流速的近似计算公式为：
　　式中：v为流体流度，m/s；c为超声波在静态流体中的传播速度，m/s；Δt为超声波在流体中顺逆向传播时间差，s；l为超声波沿管路方向的传输距离，m。
　　1.2 异侧安装
　　因为同侧安装内部的反射面和缩流管会妨碍流体流动，所以对于管径较粗的管路，假如声程满意测量请求，则采取异侧安装，即换能器安装在管路两侧，并采用对射方法进行测量。同样可以得到流体流速的近似计算公式为：
　　式中：d为管路管径，m；θ为换能器装置倾角。
　　在换能器安装断定当前，式（1）中的超声波沿流体流动间隔l和式（2）中的管径d以及换能器安装倾角θ，可以以为是固定不变的，流体流速就是正逆向的传播时间差Δt和超声波传布速度c的函数。流传时光差Δt为测量值，取决于咱们测量硬件的度；所以超声波流传速度c的精确度将直接影响流速v的度。
　　2 超声波传输速度在流体中的影响
　　超声波在流体中的传播速度受流体介质和温度两个因素影响，但在实际利用中，介质正常固定。本文以污浊水为例，就温度对超声波传输速度的影响进行分析。
　　个别而言，常温下超声波在水中的传布速度约为1500m/s。然而超声波在水中的传输速度并不是情随事迁的，它随温度变更而变化。在污浊水中，超声波传输速度随温度浮现非线性变化，其变化趋势如所示。
　　超声波速度变化曲线
　　由可以看出，速度的最大值和最小值之间的差值到达150m/s，0℃时的超声波传输速度最低，为1407.71m/s；74℃时达到最大值1555.47m/s，温度再升高后速度反而呈降落趋势；100℃时超声波传输速度为1543.41m/s。当不考虑对超声波传输速度进行温度修正时，分离以0℃和74℃作为基准，传播速度偏差将到达22%；假如以常温下传输速度1450m/s作为尺度，将产生高达15%的偏差。对精准的流量测量，这个偏差是不能接收的，所。流量计精度高,稳定性好,品种齐全,价格实惠,是您的最佳选择。以在采取超声波进行流量测量时，必需要斟酌温度对超声波传播速度的影响，从而打消超声波传播速度对流体流速测量的影响。
　　3 流体流动状态的影响
　　依照式（1）和式（2）计算得到的流速v是流体在管路中的线流速，在计算流体流量的进程中，咱们须要将获取到的线流速转换为流体在管路中的面流速。因为管路内流体流动状态的不同，面流速并非简略的线流速与管路截面积的乘积。我们往往通过将线流速乘以转换系数k（k为线流速和面流速修正系数），得到流体的面流速。在不能很好地实现线流速和面流速转换的情形下，流量计量也将产生很大的误差。下面就流体流动状态进行分析，找出影响流体流动状态的因素。
　　3.1 流体流动状态分析
　　体现流体流动特性的参数为雷诺数，雷诺数代表惯性力和黏性力之比，雷诺数不同，这两种力的比值也不同，由此产生内部构造和活动性质完整不同的层流状态和紊流状态两种流动状态。
　　雷诺数通过大批试验测定得到，当雷诺数re≤2320时，管中液体流动状态为层流；当雷诺数re＞13800时，流体状态为湍流；当雷诺数2320＜re≤13800时，流动为不稳固的过渡状态。而在不同的流动状态下，流速的分布存在差别，从而在对测量值进行修正的过程中也存在差别。
　　3.1.1 层流状况
　　在层流状态下，不同点的流速计算公式为：
　　式中：ur为半径r处的线流速，m/s；umax为核心点流速，m/s；r为管径，m；r为计算点到中央点的距离，m。便携式超声波流量计适用于液体计量检测领域,对温度,粘度,流速等变化快速的现场。
　　3.1.2 紊流状态
　　在紊流状况下，不同点流速的盘算公式为：
　　式中：ur为半径r处的线流速，m/s；umax为中央点流速，m/s；r为管径，m；r为盘算点到核心点的间隔，m；指数n与雷诺数re有关，依据re的不同，可能取1/6、1/7、1/10等。
　　通过以上相关流体流动特性的先容，我们得悉，流体流动特性可以通过流体在管路中流动时雷诺数的大小来断定。
　　在仿真过程中，通过火析流体在不同情形下的雷诺数的大小，分析相关因素对流体流动状态的影响，从而依据相应的流动状态，超声波流量计安装方便,计量精确,使用寿命长,备有现货。实现对流体流速计算的弥补，提高测量的精确度。
　　3.2 流体流动特征的仿真
　　因为管道流体流速的散布规律极其庞杂，人们对流体流速散布法则的研讨仅限于幻想管道流体流动，因而，不能很好地懂得管路内流体的流体法则。fluidflow是一款用于计算与剖析管路体系中流体的流量、压力、温度、压降以及相变状态等功效的软件，它也可能实现多种不同性质流体的管网仿真。
　　为此，本文抉择应用fluidflow软件进行仿真，来剖析相干因素对流体流动特征的影响。
　　4 试验数据分析
　　为了验证以上仿真论断，分辨就温度对超声波传输速度、流速对流动状态以及温度对流动状态的影响在流量计检定安装长进行试验。试验选用dn20流量计，试验数据曲线如所示。
　　实验数据曲线
　　由可以看出，在对相关影响因素的转变产生的影响进行系数修正后，可以有效排除计量误差，从而保证流量计量的精确度。
　　5 停止语
　　本文分辨就影响超声波流量丈量的因素进行了分析跟仿真，实验成果表明温度对超声波在流体中的传输速度有较大影响。当计算进程中错误超声波传输速度随温度进行修改时，试验数据将发生约5%的偏差；针对dn20的流量计，温度跟流体流速对流体流动状态的影响将分离发生10%的偏差。实践分析与试验证实，通过充足斟酌相干因素对计量的影响，并进行相应的系数修改后，能够有效地保障流量计量的正确度。