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« 环保仪器仪表怎么运用超声波流量计？ »

2009-4-14 17:58:35

超声波流量计的应用

 超声波技术所具有的声学特性早已为人们所认识。但是，把超声波技术运用到工业测量中，则是近几年来，随着微电脑及电子技术的发展，对超声波信号发射、捕捉及处理手段的日益完善才得以实现的。目前，超声波物位计和超声波流量计已在山西铝厂被广泛使用。   超声波的声学特性
超声波是指频率超过２０ｋＨｚ的声波。为了充分认识超声波流量计，有必要了解超声波的特性。
    （１）声速特性
超声波可以在固体、液体和气体中以不同的速度进行传播，其速度受介质温度、压力等因素的影响，但在相同外部环境下，超声波在同一介质中的传播速度是一常数。这是所有超声仪表进行测量的基础。
    （２）反射特性
超声波从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质密度不同，因而在两种介质分界面，其方向传播会发生改变：其中一部分折射入另一种介质，另一部分被反射回来。
当超声波以气体传播到固体或液体时，由于两种介质密度相差悬殊，声波几乎全部被反射，超声波物位计充分利用了这一特性。
当超声波以固体传播到液体（或反过来）时，声波因为传播的介质密度相近而几乎全部折射，超声波流量计则利用了这一特性。
    （３）衰减特性
超声波在传播过程中，由于受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。不论是超声波流量计还是超声波物位计，对所接受的声波强度都有一定要求，所以都要对各种衰减进行抑制。
３  超声波流量计及其应用概况
３．１两类超声波流量计
目前应用于工业测量的超声波流量计主要有两类，即多谱勒式超声波流量计和时差式超声波流量计。它们都采用了现代高精技术来处理超声波信号，都应用了超声波的相关声学特性，但其工作原理及应用场合等方面仍有很大不同，如表１所示。
３．２两类超声波流量计测量原理
表１ 为了正确选型和合理使用超声波流量计，并且对实际应用中出现的问题进行分析、总结和解决，需要了解两类仪表的工作原理。
    （１）多谱勒超声波流量计
两个探头对称地装在待测流体管路两侧。
发射探头发射频率为ｆ１的超声波信号，经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，以ｆ２的频率反射到接收探头，这就是多谱勒效应，ｆ２与ｆｌ之差即为多谱勒频移ｆｄ。
      设流体流速为ｖ，超声波声速为ｃ，多谱勒频移ｆｄ正比于流体流速ｖ：
即：ｆｄ＝ｆ２－ｆ１＝×ｖ
       所以流体流速：ｖ＝×ｆｄ
当管道条件、探头安装位置、发射频率、声速确定以后，ｃ、ｆ１、θ即为常数，流体流速和多谱勒频移成正比，通过测量频移就可得到流体流速，进而求得流体流量。
    （２）时差式超声波流量计
   时差式超声波流量计的两个探头装在待测流体管道的上游和下游，对于小口径管道，装在管道一侧，为Ｖ方式，对于大口径管道（直径大于２００ｍｍ）则装在两侧，为Ｚ方式，如图２所示。
图２
      两个探头（即换能器）都可以发射和接收超声波信号。由于液体流速的作用，从上游侧探头发向下游的声速将增加；反之减小。两者传播的时间差直接与流体流速成正比，通过对时间差的检测即可计算出液压体流速，进而求得流量。
３．３超声波流量计在山西铝厂应用概况
目前，山西铝厂对上述两类超声波流量计都有现场使用。根据实际情况，氧化铝生产工艺中，料浆、精液、洗液等适合使用多谱勒式超声波流量计，如拜尔法工艺上溶出洗液的测量就使用了该仪表，而对清水的测量则适合使用时差式超声波流量计。从使用效果看，前者运行不太稳定，效果不太理想，而后者则已达到了令人满意的结果。
根据我们分析，一方面，使用多谱勒式超产波流量计所测管道的介质多为粘稠、高温等流体，特性各不相同，而且长期流动导致管壁结垢，影响超声波的正常穿透和传播；另一方面，从已掌握的资料看，时差技术比多谱勒技术更成熟、更可靠。
４  超声波物位计及其应用
 　 超声波物位计，作为一种成熟的物位测量仪表，可以测量固体、液体的料位，已在山西铝厂二期生产工艺中广泛使用。目前，蒸发、沉降、二期中分等工艺现场大量使用了德国Ｅ＋Ｈ公司生产的超声波物位计。主要有ＦＭＵ６７１、ＦＭＵ４２１和ＦＭＵ２３１等系列产品，探头则有ＤＵ３３、ＤＵ４２等型号，其具体使用步骤、操作形式各不相同，但它们的基本原理、系统结构、功能及主要处理信号方式却大体相同。本文重点以山西铝厂８车间沉降槽上使用的ＦＭＵ４２１（ＤＵ４２探头）为例，来介绍超声波物位计的现场使用及其相关内容。
 

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