在工業(yè)上具有廣泛應(yīng)用,具有適合大口徑測(cè)量、安裝維修方便、通用性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。文章介紹了超聲波流量計(jì)硬件組成,分析了 液體渦輪流量計(jì)的工作原理和傳感器的幾種安裝方式,闡述了液體渦輪流量計(jì)在選型、安裝、調(diào)試過程中的注意事項(xiàng)。
在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中,液體渦輪流量計(jì)流量是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。液體渦輪測(cè)量通過流量計(jì)實(shí)現(xiàn),根據(jù)測(cè)量原理,流量計(jì)可分為質(zhì)量流量計(jì)、節(jié)流式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)、液體渦輪流量計(jì)等類別。其中,在測(cè)量大口徑管線介質(zhì)流量時(shí),液體渦輪流量計(jì)的應(yīng)用最為廣泛。在中國石油錦州石化公司,新水、循環(huán)水流量大多使用液體渦輪流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。這種流量計(jì)安裝維修方便、通用性強(qiáng),在生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、節(jié)能降耗管理中具有廣泛應(yīng)用。
1 液體渦輪流量計(jì)的工作原理
1. 1 硬件組成
通常 液體渦輪流量計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)由傳感器 (換能器)和變送器 (流量顯示累積系統(tǒng)) 2 部分組成: 液體渦輪流量計(jì)傳感器為鑄鐵酸鉛壓電元件,利用壓電效應(yīng),通過傳感器發(fā)射并接收聲波。介質(zhì)流動(dòng)時(shí),對(duì)聲產(chǎn)生影響,通過檢測(cè)產(chǎn)生的影響情況,計(jì)算出流量大小。
按照傳感器的安裝方式,常見的超液體渦輪流量計(jì)可分為插入式、外夾式和便攜式 3 種類型。插入式 液體渦輪流量計(jì)采用陶瓷傳感器,使用專用鉆孔裝置進(jìn)行不停產(chǎn)安裝,一般為單聲道測(cè)量。外夾式超聲流量計(jì)采用專用耦合劑安裝,安裝時(shí)不損壞管路,能夠完成固定和移動(dòng)測(cè)量。便攜式液體渦輪流量計(jì)便攜使用,內(nèi)置可充電鋰電池,配接磁性傳感器,適合移動(dòng)測(cè)量,常用來進(jìn)行流量標(biāo)定。
1. 2 測(cè)量基本原理
液體渦輪流量計(jì)的傳感器有 2 只,在工作時(shí),2只傳感器互相發(fā)射、接收超聲波信號(hào)。通過數(shù)字處理技術(shù)以及時(shí)差探測(cè)法,測(cè)量出流體流速對(duì)超聲波信號(hào)傳輸時(shí)間產(chǎn)生的影響,如圖 1 所示。
我們將上游傳感器探頭 T1 發(fā)射的超聲波信號(hào)被下游傳感器探頭 T2 接收的時(shí)間記為 t1,將下游傳感器探頭 T2 發(fā)射的渦輪波信號(hào)被上游傳感器探頭 T1 接收的時(shí)間記為 t2。當(dāng)管線介質(zhì)靜止時(shí),t2 - t1 = 0。當(dāng)管線介質(zhì)流動(dòng)時(shí),流體流速對(duì)超聲波信號(hào)的傳輸產(chǎn)生影響,導(dǎo)致上游到下游的超聲波信號(hào)傳輸速度加快,下游到上游的超聲波信號(hào)傳輸速度減慢,即 t2 - t1 = Δt。通過兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差計(jì)算得到流體流速,再乘以管線橫截面積,即計(jì)算得出流體的體積流量[1]。流體流速的基本計(jì)算公式為:式中: v 為流速; k 為標(biāo)定系數(shù); Δt 為上下游傳感器信號(hào)接收的時(shí)間差; t 為測(cè)量得出的超聲波穿過流體的平均時(shí)間。1. 3 安裝與調(diào)試Z 法安裝即單行程測(cè)量,指聲波只經(jīng)過一個(gè)聲程就已完成測(cè)量,可以獲得較強(qiáng)的信號(hào),如圖 2所示。1. 3. 1 Z 法安裝1. 3. 2 V 法安裝V 法安裝即雙行程測(cè)量,是指兩只傳感器同向安裝,聲波經(jīng)對(duì)側(cè)管道反射后接收,共有 2 個(gè)聲程,如圖 3 所示。1. 3. 3 W 法安裝W 法安裝即多行程測(cè)量,泛指經(jīng)過 3 個(gè)或 3個(gè)以上聲程的測(cè)量方法,優(yōu)點(diǎn)是可以獲得較高的測(cè)量精度,缺點(diǎn)是信號(hào)較弱,只適用于管道條件較好的情況,如圖 4 所示。
液體渦輪流量傳感器直接安裝在工藝管線外壁上,不需要法蘭、縮徑、副線等,對(duì)管線內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)不產(chǎn)生任何影響,方便安裝、調(diào)試、拆卸,方便日常維護(hù)。
可謂大口徑計(jì)量的首選計(jì)量設(shè)備。隨著超聲波流量計(jì)的不斷發(fā)展、完善,液體渦輪流量計(jì)將得到更加廣泛的應(yīng)用。