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超聲波流量計(jì)在空調(diào)水流量測(cè)量中的應(yīng)用

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了解現(xiàn)場(chǎng)情況,確定空調(diào)水流量測(cè)點(diǎn)位置。測(cè)量前應(yīng)了解現(xiàn)場(chǎng)情況包括:管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑;流體類(lèi)型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管;安裝現(xiàn)場(chǎng)是否有干擾源(如變頻、強(qiáng)磁場(chǎng)等)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解的情況,結(jié)合上述“測(cè)量點(diǎn)選擇原則"確定水流量測(cè)點(diǎn)位置。

詳細(xì)介紹

——超聲波流量計(jì)在空調(diào)水測(cè)量時(shí)的應(yīng)用——

 

1.超聲波流量(以下簡(jiǎn)稱(chēng) USF)工作原理
封閉管道用USF按測(cè)量原理分類(lèi)有:時(shí)間傳播法、多普勒效應(yīng)法、波束偏移法、相關(guān)法、噪聲法。其中時(shí)間傳播法又可分為時(shí)差法、相位差法、頻差法。目前應(yīng)用于空調(diào)水系統(tǒng)中的USF的測(cè)量原理主要有時(shí)差法和多普勒效應(yīng)法。

 

1.1 時(shí)差式USF測(cè)量原理

 

 測(cè)量原理圖

 

超聲波在液體中傳播,由于流體流速不同會(huì)使超聲波傳播速度發(fā)生變化。如圖1所示,取超聲波在靜止流體中聲速為c,流體流速為v,上下游傳感器的安裝距離為L(zhǎng)。當(dāng)超聲波傳播方向與流體方向一致時(shí),超聲波傳播速度為(c+v),當(dāng)超聲波傳播方向與流體方向相反時(shí),超聲波傳播速度為(c-v);則順流方向傳播時(shí)間tl=L/(c+v),逆流方向傳播時(shí)間t2=L/(c-v),則有:

 

 計(jì)算公式

 

c、L為常數(shù),測(cè)得時(shí)間差△t即可求出流體流速v,進(jìn)而求得流體流量。


1.2 多普勒USF測(cè)量原理
多普勒USF是以利用多普勒效應(yīng)原理來(lái)測(cè)量流體流量。如圖2所示,傳感器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號(hào),經(jīng)過(guò)管道內(nèi)液體中懸浮顆?;驓馀莺?,頻率發(fā)生偏移,以f2的頻率反射到傳感器2,這就是多普勒效應(yīng),f2與f1之差即為多普勒頻差fd。
取流體流速為v,超聲波聲速為c,多普勒頻移fd正比于流體流速v,即:

 計(jì)算公式

 

當(dāng)管道條件、傳感器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后,c、f1、θ即為常數(shù),流體流速和多普勒頻移成正比,通過(guò)測(cè)量頻移就可得到流體流速,進(jìn)而求得流體流量。


1.3 兩者使用主要區(qū)別
1.3.1 被測(cè)流體水質(zhì)要求不同。時(shí)差式USF適用于比較潔凈的流體測(cè)量,多普勒USF主要用于測(cè)量含有適量能給出強(qiáng)反射信號(hào)的顆?;驓馀莸囊后w。時(shí)差式USF可以測(cè)量懸浮顆粒較少的液體,多普勒USF要比時(shí)差式USF適用懸浮顆料含量上限高得多,而且可以測(cè)量連續(xù)混入氣泡的液體。
1.3.2 測(cè)量精度不同。時(shí)差式USF測(cè)量精度比多普勒USF高,時(shí)差式USF測(cè)量精度可以達(dá)到±(0.5~1)%,重復(fù)性.1%~0.3%;多普勒USF測(cè)量精度一般為±(1~2)%,重復(fù)性.5%~1%。

 

 

2 測(cè)量點(diǎn)選擇原則
為保證空調(diào)水流量測(cè)量精度,選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí)要求選擇流體流場(chǎng)均勻的部分,一般應(yīng)遵循下列原則:
2.1 被測(cè)管道內(nèi)流體必須是滿管。
2.2 選擇被測(cè)管道的材質(zhì)應(yīng)均勻質(zhì)密,易于超聲波傳播,如垂直管段(流體由下向上)或水平管段(整個(gè)管路中處為好)。
2.3 安裝距離應(yīng)選擇上游大于10倍直管徑,下游大于5倍直管徑(注:不同儀器要求的距離會(huì)有所不同,具體距離以使用的儀器說(shuō)明書(shū)為準(zhǔn))以內(nèi)無(wú)任何閥門(mén)、彎頭、變徑等均勻的直管段,測(cè)量點(diǎn)應(yīng)充分遠(yuǎn)離閥門(mén)、泵、高壓電、變頻器等干擾源。
2.4 充分考慮管內(nèi)結(jié)垢狀況,盡量選擇無(wú)結(jié)垢的管段進(jìn)行測(cè)量。

 

 

3 夾裝式流量傳感器安裝要點(diǎn)


3.1 流量傳感器安裝方式的確定
3.1.1 時(shí)差式USF傳感器安裝方式有三種,分別是V法、Z法和W法,如圖3所示。

 

 探頭安裝示意圖

 

測(cè)量時(shí)采用何種安裝方式,儀器說(shuō)明書(shū)均有規(guī)定,但在邊界范圍一般比較模糊。如TFX1020P時(shí)差式超聲波流量計(jì):V型安裝法適用測(cè)量管徑25~400㎜,Z型安裝法適用測(cè)量管徑100~2540㎜,W型安裝法適用測(cè)量管徑65㎜以下小管。V型與Z型、V型與W型在適用測(cè)量管徑均有部分重疊,如遇此情況則按下列原則選擇安裝方式:V型安裝一般情況下是標(biāo)準(zhǔn)安裝方式,使用方便,測(cè)量準(zhǔn)確。當(dāng)被測(cè)管道很粗或由于被測(cè)流體濁度高、管道內(nèi)壁有襯里或結(jié)垢太厚,造成V型安裝信號(hào)弱,儀表不能正常工作時(shí),選用Z型安裝。原因是使用Z型安裝時(shí),超聲波在管道中直接傳輸,沒(méi)有折射,信號(hào)衰耗小。W型安裝適于小管,通過(guò)延長(zhǎng)超聲波傳輸距離的辦法來(lái)提高小管測(cè)量精度,如圖3(c),使用W型安裝時(shí),超聲波束在管內(nèi)折射三次,穿過(guò)流體四次。
3.1.2 多普勒USF流量傳感器安裝方式有兩種,分別是對(duì)稱(chēng)安裝和同側(cè)安裝,如圖4所示。對(duì)稱(chēng)安裝適用于中小管徑(通常小于600㎜)管道和含懸浮顆粒或氣泡較少的液體;同側(cè)安裝適用于各種管徑的管道和含懸浮顆?;驓馀葺^多的液體。

 

 探頭安裝方法示意圖

 

3.2 傳感器安裝要求
3.2.1.剝凈測(cè)量點(diǎn)處附近保溫層和保護(hù)層,使用角磨砂輪機(jī)、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無(wú)蝕坑。要求:漆銹層磨凈,凸出物修平,避免局部凹陷,光澤均勻,手感光滑圓潤(rùn)。需要特別注意,打磨點(diǎn)要求與原管道有同樣的弧度,切忌將安裝點(diǎn)打磨成平面,用酒精或汽油等將此范圍擦凈,以利于傳感器粘接。
3.2.2 在水平管段上,兩個(gè)傳感器必須安裝在管道軸面的水平方向上,并且在軸線水平位置±45°的范圍內(nèi)安裝,以防止管內(nèi)上部流體不滿、有氣泡或下部有沉淀等現(xiàn)象影響正常測(cè)量,如圖5所示。

 

 水平管道安裝示意圖

 

3.2.3 傳感器安裝處和管壁反射處必須避開(kāi)接口和焊縫,如圖6所示。

 

 探頭安裝注意事項(xiàng)

 

3.2.4 傳感器工作面與管壁之間保持有足夠的耦合劑,不能有空氣和固體顆粒,以保證耦合良好。

 

 

 


4 測(cè)量操作步驟
4.1 了解現(xiàn)場(chǎng)情況,確定空調(diào)水流量測(cè)點(diǎn)位置。測(cè)量前應(yīng)了解現(xiàn)場(chǎng)情況包括:管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑;流體類(lèi)型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管;安裝現(xiàn)場(chǎng)是否有干擾源(如變頻、強(qiáng)磁場(chǎng)等)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解的情況,結(jié)合上述“測(cè)量點(diǎn)選擇原則"確定水流量測(cè)點(diǎn)位置。


4.2 用繩子和尺測(cè)量測(cè)點(diǎn)處管道外徑,用超聲波測(cè)厚儀測(cè)量管道壁厚。


4.3 確定傳感器安裝方式。


4.4 求安裝距離,確定傳感器位置。將管道參數(shù)輸入U(xiǎn)SF,選擇傳感器安裝方式,得出安裝距離。如V法安裝:先確定一個(gè)點(diǎn),按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn);Z法安裝:先確定一個(gè)點(diǎn),按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn),然后測(cè)出此點(diǎn)在管道另一側(cè)的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。


4.5 測(cè)量點(diǎn)處管道表面處理。


4.6 傳感器與儀表接線。


4.7 微調(diào)傳感器位置。觀察流量計(jì)儀表的信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)質(zhì)量度、信號(hào)傳輸時(shí)間差與傳輸時(shí)間比等參數(shù)值,如發(fā)現(xiàn)不好,則細(xì)微調(diào)整探頭位置,直到這些參數(shù)值達(dá)到儀器說(shuō)明書(shū)規(guī)定的范圍之內(nèi)。如無(wú)法調(diào)整,則需要改換合適安裝方式。傳感器位置調(diào)整好以后,用所配卡具將傳感器固定好。


4.8 再次確認(rèn)USF的信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)質(zhì)量度、信號(hào)傳輸時(shí)間差與傳輸時(shí)間比等參數(shù)值符合規(guī)定要求,即可從USF讀取實(shí)際流量值。




 

 

 

5 保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的技術(shù)措施


5.1 根據(jù)所測(cè)試流體的潔凈程度來(lái)判斷使用何種類(lèi)型的USF:一般的空調(diào)冷凍和冷卻水系統(tǒng)可采用多普勒USF測(cè)量;若所測(cè)試的空調(diào)水系統(tǒng)剛沖洗干凈或有很好的水處理工藝,水系統(tǒng)潔凈程度很高,則采用時(shí)差式USF測(cè)量為好。


5.2 正確選擇測(cè)量點(diǎn)位置及傳感器安裝方式以保證USF正常穩(wěn)定工作。盡量選擇在遠(yuǎn)離閥門(mén)、三通等局部阻力構(gòu)件的直管段測(cè)試,測(cè)點(diǎn)的距離應(yīng)滿足儀器使用說(shuō)明書(shū)中注明的要求,減小誤差。


5.3 由于USF通常都利用電磁儀表顯示測(cè)試結(jié)果,強(qiáng)電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)它的性能產(chǎn)生一定的影響。因此在使用過(guò)程中應(yīng)該盡量使USF避開(kāi)有變頻設(shè)備、變壓設(shè)備等場(chǎng)所,以免影響測(cè)試工作。


5.4 確保所測(cè)量的水管內(nèi)是滿管流動(dòng),USF實(shí)際測(cè)得的是流體的速度,流量是根據(jù)輸入的管徑計(jì)算出流動(dòng)斷面的面積,然后乘以流速得到的,只有滿管流動(dòng)才能保證測(cè)試數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。


5.5 重視測(cè)試前的準(zhǔn)備工作,如保溫層的剝離、管道表面的除銹、除漆等,這樣才能確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。安裝傳感器過(guò)程中,千萬(wàn)注意在傳感器和管壁之間不能有空氣泡及沙礫。


5.6 正確管道參數(shù)輸入是保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵。USF儀器本身的精度是在正確的管道參數(shù)下得到的,但要求操作者能在測(cè)量時(shí)輸入正確的管道參數(shù),才能得到正確的流量值。管徑誤差、管壁測(cè)厚誤差對(duì)USF測(cè)量準(zhǔn)確度的影響很大,但可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)精確實(shí)測(cè)來(lái)控制。


5.7 對(duì)于長(zhǎng)期停流的空調(diào)水管道,正式測(cè)量前應(yīng)以大流量沖刷沉積管壁的銹垢等沉淀物。


5.8 USF作為精密儀器,長(zhǎng)期使用會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生一定誤差,應(yīng)定期送法定計(jì)量單位校準(zhǔn),提供修正系數(shù)來(lái)減少測(cè)量值誤差。


5.9 不同型號(hào)USF的流量傳感器在發(fā)射頻率等技術(shù)性能不同,測(cè)量時(shí)不能混用。

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