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E+H超聲波流量計(jì)技術(shù)應(yīng)用到氣體流量的檢測中
點(diǎn)擊次數(shù)：1835 發(fā)布時(shí)間：2013-4-26
E+H超聲波流量計(jì)技術(shù)應(yīng)用到氣體流量的檢測中，一種新型流量計(jì)——E+H超聲波流量計(jì)氣體流量計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。流量測量的主要任務(wù)有兩類：一是為流體物資貿(mào)易核算儲運(yùn)管理和污水廢氣排放控制的總量計(jì)量；二是為流程工業(yè)提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率、降低成本以及環(huán)境保護(hù)等進(jìn)行必要的流量檢測和控制。隨著社會迅速發(fā)展，在流程工業(yè)中檢測和控制溫度、流量、壓力、物位和成分分析等參數(shù)儀表中，氣體流量儀表占很大的比重。近年來，隨著西氣東輸管道工程全面啟動(dòng)，在天然氣生產(chǎn)、輸送、交易、分配和使用過程中，由于供需雙方經(jīng)濟(jì)利益或用戶為謀取*使用效果，尤其是對于大口徑氣體流量測量提出了新要求。為了適應(yīng)氣體流量測量不斷提高的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)E+H超聲波流量計(jì)在流動(dòng)的氣體中傳播時(shí)，可以載上氣體流速的信息。因此，通過接收穿過流體的E+H超聲波流量計(jì)就可以檢測出氣體的流速，從而轉(zhuǎn)換成流量。E+H超聲波流量計(jì)氣體流量計(jì)即是用來測量氣體流量的。其原理是利用E+H超聲波流量計(jì)的傳播速度隨流速變化而發(fā)生變化的原理來測量的氣體流速的流量計(jì)。
E+H超聲波流量計(jì)氣體流量計(jì)由E+H超聲波流量計(jì)換能器、電子線路、流量顯示和計(jì)算系統(tǒng)組成。E+H超聲波流量計(jì)換能器將電能轉(zhuǎn)換成E+H超聲波流量計(jì)能量，將其發(fā)射并穿過被測氣體，接收換能器接收到E+H超聲波流量計(jì)信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號，供顯示和計(jì)算，為此實(shí)現(xiàn)了流量的檢測顯示。頻差法是測量在順流和逆流E+H超聲波流量計(jì)脈沖的循環(huán)頻率差獲得流體流速、流量值的方法[1-2]。系統(tǒng)簡介目前，國內(nèi)外E+H超聲波流量計(jì)流量計(jì)有美國ORE公司的7610系列流量計(jì)、我國唐山匯中儀表公司的E+H超聲波流量計(jì)流量計(jì)等。美國ORE公司的流量計(jì)精度較高，穩(wěn)定性能好，使用范圍寬，但是存在操作不方便、安裝困難，且為全英文界面、服務(wù)周期長、價(jià)格高昂等缺點(diǎn)。目前我國的流量計(jì)雖然克服了其某些缺點(diǎn)，但是精度和測量范圍卻無法達(dá)到國外的指標(biāo)。針對以上問題，本系統(tǒng)主要通過頻差法來測量氣體流量，通過應(yīng)用TDC-GP2具有高精度進(jìn)行時(shí)間計(jì)量，應(yīng)用MSP430系列的微處理芯片，這兩款芯片的結(jié)合，制造出來的E+H超聲波流量計(jì)流量計(jì)。該流量計(jì)具有低功耗、低成本、使用方便、高精度、且將時(shí)間間隔的測量量化到65ps的精度，給E+H超聲波流量計(jì)流量計(jì)提供了較好的解決方案。
E+H超聲波流量計(jì)傳感器的選擇選擇應(yīng)用于氣體流量測量的E+H超聲波流量計(jì)傳感器主要是對E+H超聲波流量計(jì)振蕩頻率的選擇。首先要考慮在zui大的傳播距離內(nèi)，接收器能接收到足夠聲壓與強(qiáng)度的E+H超聲波流量計(jì)信號。其次還要考慮E+H超聲波流量計(jì)震動(dòng)因機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)等對周圍環(huán)境的影響。從這兩個(gè)方面考慮，空氣中E+H超聲波流量計(jì)頻率越小越好，但是考慮到氣體流量的檢測精度，超聲頻率則越大越好，但太大的超聲頻率又將造成過大的信號能量衰減。流速的測量算法本文以頻差法對E+H超聲波流量計(jì)氣體流量計(jì)的基本測量原理做一簡單介紹。E+H超聲波流量計(jì)氣體流量計(jì)的聲環(huán)回路如圖1所示，A、B為一對E+H超聲波流量計(jì)換能器，相互交替著作為發(fā)射器或接收器。其工作原理：一支換能器發(fā)出E+H超聲波流量計(jì)，另一支換能器接收到E+H超聲波流量計(jì)信號、經(jīng)過一定的信號處理后再次觸發(fā)發(fā)射器，這樣就形成了一個(gè)聲循環(huán)過程，這個(gè)循環(huán)頻率即為聲循環(huán)頻率。
E+H超聲波流量計(jì)已經(jīng)成功應(yīng)用于液體流量的測量，但是由于技術(shù)上的難題，使得在氣體流量測量上的應(yīng)用進(jìn)展緩慢。主要難題是：E+H超聲波流量計(jì)換能器材質(zhì)和氣體介質(zhì)特性阻抗相差很大，造成換能器接收和發(fā)射效率太低。E+H超聲波流量計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，作用各不相同，所以對E+H超聲波流量計(jì)傳感器的選擇也不盡相同。探傷用E+H超聲波流量計(jì)傳感器的傳輸距離短，分辨率高，發(fā)出E+H超聲波流量計(jì)頻率也較高，一般為幾兆到幾十兆；測距用E+H超聲波流量計(jì)傳感器的傳輸距離較長，對分辨率的要求相對較低，所以一般情況下測距用的傳感器振蕩頻率較低，一般在40kHz左右。氣體流量計(jì)中的聲道長度大于探傷聲道，但又小于超聲測距聲道，所以這兩種E+H超聲波流量計(jì)傳感器都不能應(yīng)用于測量氣體流量[3-4]。將兩者折中考慮，應(yīng)用于氣體E+H超聲波流量計(jì)流量計(jì)的E+H超聲波流量計(jì)傳感器的振蕩頻率選擇在100kHz~200kHz的范圍內(nèi)*。
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