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    氣體超聲波流量計測量原理

    點擊次數:107 發布時間:2024-02-28 09:12:11

    氣體超聲波流量計具有很好的可靠性、穩定性等優勢在天然氣輸送等多個領域中得到了廣泛應用和普及。但是由于受到諸多因素的影響及干擾,氣體超聲波流量計測量精度存在很多不確定性,難以發揮其積極作用。下面我們將從氣體超聲波流量計測量原理,分析降低其精度的各類因素有哪些,并提出相應的解決方法。


    一、氣體超聲波流量計的測量原理

    目前較為常見的超聲波流量計系統能夠在計算機技術的支持下,直接輸出標準條件下體積量。而氣體超聲波流量計將天然氣作為基礎,通過壓力變送器、在線色譜分析儀等設備完成計量工作。相比較傳統設備而言,這種計量模式不僅能夠提高工作效率,還能夠為科學決策提供依據,該設備將成為使用領域未來發展的必然選擇。在具體應用中,超聲波流量計信號處理單元通過對筒體中的氣體流速等要素進行測量,然后利用在線色譜分析儀等設備計算獲得體積流量,最后上傳至站控系統當中。


    二、降低氣體超聲波流量計量精度的關鍵因素

    (1)信號方面

    超聲波理想媒介中傳播,不會出現聲波減弱現象,相反,在非理想媒介中傳播過程中,聲波會隨之距離的增加而呈現遞減的趨勢,形成將聲波轉換為熱耗散的過程。在研究中能夠發現引起媒介對聲波吸收的因素較多,主要由粘滯吸收與熱傳導兩部分構成。聲波的具體計算公式如下:α=αx+α1+αR

    公式中α 為聲音衰減系數。如某流量計系統中采取的200kHz地超聲波發生器,信號經過放大和濾波環節后,當探頭距離在30cm之內,理論曲線與實際曲線相重合;當距離超過30cm 之外,實際信號曲線斜率比理論斜率小,出現這種情況的原因在于噪聲的產生。

    超聲波流量計工作是超聲波在不同介質與流向中速度差異進行的計量。超聲波在通道中傳播時間是設備進行流量計算的主要因素。在設備運行過程中,超聲信號對于計量產生的影響具體表現如下:調壓閥與節流裝置產生的噪聲為寬頻噪聲,高頻部分隨著節流裝置前后壓差和流量增加而增加,進而影響超聲信號傳輸,最終降低計量準確性。由此可見,對于計量精度而言,應盡量控制噪聲的產生。


    (2)硬件方面

    時差法超聲波流量計的計量精度主要是超聲波順逆流的時間計時精度,計算公式如下:

    V=(t2-t1)Lt1-1t2-1arccosθ

    試驗表明,當傳感器之間的安裝距離相對誤差在5%之內時,流量相對誤差在10%,也就是說前者越大,后者也將隨之增加。而管道內徑相對誤差為-3.3%時,流量誤差為-5%。同時,超聲波流量計換能器、信號處理等配件的安裝質量也將影響設備運行。如某計量站流量安裝運行后,受到第二聲道探頭接線松動引起的聲道聲速變小,導致設備計量精度大打折扣。

    受到換能器信號線的影響,計量結果偏低,使得計量系統無法準確進行計量。就超聲波流量計特性而言,流速沿著軸線均勻分布的流態能夠改善計量不準確情況,所以在流量計上下游位置進行調整,能夠避免由于硬件安裝造成的計量精度不高問題。


    (3)流場方面

    流場作為重要影響因素,雖然當流體流速較小時,其沿著直線傳播,但是這種差別仍然不容忽視。在特定條件下,設備偏移距離與探頭半徑相當,收到的信號幅值將會被削弱,進而影響到計量精度。此外,在流量計運行過程中,壓力、溫度測量都是由現場遠傳儀表完成測量目標,該數值直接參與到流量計算當中。就公式來看,獲取的壓力和溫度對于流量計計量結果具有直接影響。壓力與流量之間呈正相關,而溫度與流量呈現負相關。受到工作環境等外界因素的變化,得到的測量結果也會發生偏差。綜上所述,氣體超聲波流量計計量精度影響因素不僅限于某一方面,要想提高其計量精度,需要從多個方面入手。

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