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什么是超声波流量计,简称USF的特点

时间:2017/07/18来源:未知

    超声波流量计(简称USF)是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的计量仪表。凭借其非接触测流、仪表造价基本上与被测管道口径大小无关、精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等自身的优势被认为是较好的大管径流量测量仪表,在电力、石油、化工特别是供水系统中被广泛应用。
什么是超声波流量计,简称USF的特点
    在国外,利用超声波测量液体和气体流量的研究已有数十年的历史。1931年,O.Rutten发表的德国专利是关于利用声波测量管道流体流量***早的参考文献[[2l。但是要使超声波流量计具有一定的精度,要求对时间的测量精度至少达到10 -'秒,这在当时是很难达到的;50年代初,美国科研人员首次提出了“鸣环”法,就是通过多次循环将时差扩大在进行测量[[3],这种方法弥补了当时电子技术的不足,使得时间测量精度得以大大提高。1955年,应用声循环法的MAXSON流量计在美国研制成功,并用于航空燃料油流量的测量[[4],标志着超声波流量计已经由理论研究阶段进入工业应用阶段,但由于电子线路太复杂而未得到推广[[5 ] 0 60年代末又出现了多普勒效应的超声波流量计。
    进入20世纪的70年代以后,由于集成电路技术的飞速发展,使得高精度的时间测量成为可能,再加上高性能、工作稳定的锁相技术(PLL)的出现和应用,为超声波流量计的可靠性提供了基本的保证,同时为了消除声速变化对测量精度的影响,出现了频差法超声波流量计,这种流量计声速受温度变化的影响远小于时差法,灵敏度和测量范围也优于时差法,因而这种方法成为测量大管径大流量超声流量计的主要方案,但是仍无法保障小管径小流量测量时的精度。同一时期,前苏联科技工编辑对管道内流体的流速分布规律作了大量深入研究,指出管道内流体流动存在两种状态:层流和紊流,并给出了层流状态下的理论计算公式,为超声波流量计进一步提高测量精度打下了坚实的理论基础。至此,超声波流量计的研究和应用才蓬勃发展起来,超声流量计的种类也越来越多,相继出现了波束偏移法、相关法和噪声法。
    20世纪90年代以后技术的革新,新材料、新工艺的不断涌现,智能化信号处理技术的发展,使超声波流量计的应用范围获得扩展,测量精度有显著突破,形成了迅猛发展的势头。超声波流量计早期应用局限在液体流量计量,近年国外气体用超声波流量计发展才良陕,常用的可测气体有空气、沼气和氮气等。而国际上天然气工业的发展,更加促进了超声波流量计在气体的应用。英国市场已经在用超声家用燃(煤)气表大宗替换传统皮膜式家用煤气表,在中国市场,也有国内企业开始涉足这一市场应用。目前市场上管道式气体用的超声波流量计的***大管径可达到1100mm,***多的有6个声道,精度可以达到0.1的等级。夹持式气体用超声的管径***大可达到1500mm,***多可以有8声道,精度在0.5-1%测量值之间。近年国际市场较为引人注目的超声气应用,就是中国的西气东送项目。在这一世界***长的气体输送管线上,每年要输送超过40亿美金的天然气,总计有13套超声气体流量计在这一管线应用。
    随着超声波流量计的技术的不断成熟和用户对它的逐渐认可,超声波流量计市场正以前所未有的发展速度向前发展。ARC (Auotmation Research Corp) 2001年给出2001-2005年超声波流量计的年复合增长率(Compound Annual GrowthRat e, CARD)为10. 5,到2005年全球超声波流量计的销售额可以达到3. 65亿美金,82, 100套的市场规模。Frost Sulliven 2002年给出的预测为14. 6, F 1 owResearch2002年的预测为15. 3,远远高于其它流量计的增长率。
什么是超声波流量计,简称USF的特点
    当今全世界50多家较大的超声波流量计生产商都集中于欧美日等,其中处于水平的有:美国、荷兰、日本、英国、德国和加拿大等。这些己经在超声波流量计的研制、生产和推广方面积累了丰富的经验,再加上它们本身所具有的在电子技术和工业制造领域的优势,使得它们在国际超声波流量计市场上占据了绝大部分的份额,并且主导着超声流量测量技术发展的方向和趋势,较的有美国的Controlotron和Ploysonics、德国的Krohne,、荷兰的工nstrormet、日本的横河等等。
    我国超声波流量计的研究起步较晚,6070年代机械工业部上海工业自动化仪表研究所、北京大学相继进行超声波流量检测的研究,80年代中期,开封仪表厂从美国西屋企业,本溪无线电厂从日本富士电机企业相继引进专用技术,生产具有80年代的超声流量仪表,但是市场基本为国外产品占据。我国超声波流量计年产量90年代初估计为800 }-1000台[f}]。我国于94年正式出版了由中国计量科学院组织有关起草、分别经技术监督局和建设部批准的" JJG 198-94速度式流量计”的计量检定规程(包括超声波流量计)JJG(建设)0002-94超声流量计(传播速度差法、多普勒法)的部门计量检定规程。这是我国超声波流量计发展的一个标志。
    目前我国超声波流量计的研究和生产仍比较落后的,尽管近年来随着国外各大超声波流量计生产企业的产品纷纷进入我国的市场,也带动了国内超声流量测量研究的发展,出现了唐山汇中、南京亚楠、大连先超、武汉泰隆等国内生产超声波流量计的厂家。但是从总体上说,大家现有的技术还和有较大差距,在国内市场中,高精度的超声波流量计还是国外品牌的天下,形成了低档产品过剩、产品依赖进口的局面。
    超声波流量计的特点:
    超声波流量计是一种非接触式流量测量仪表,相对于传统流量计而言,它主要具有一下特点:
    ①可作非接触测量。夹装式超声波流量计无需停流截管安装,只要在管道外部安装换能器即可,为无流动阻挠测量,无额外压力损失,这是超声波流量计在工业用流量仪表中具有的独特优点。
    ②适用于大型圆形管道和矩形管道,原理上不受管径限制,通用性好,同一仪表可以测量不同管径的管道流量,使用时不必严格考虑管材和壁厚,且其造价基本上与管径无关,更适合于大管径、大流量的场合。
    ③对介质几乎无要求。只要能传播声波的流体皆可用超声波流量计测量流量,因而适用于多种流体,除了水、石油等常见流体外,尤其适用于其他方法不便测量的情况,例如高温高压、腐蚀性液体、高粘度液体或气体等;而它可测量非导电性液体,在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。
 

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