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超聲波流量計在煤層氣流量計量中的應(yīng)用

作者: 時間:2013-01-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
流量是生產(chǎn)集輸中重要的參數(shù)之一。流量測量值的準(zhǔn)確與否,將直接影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和交接計量中雙方的經(jīng)濟(jì)利益。目前國內(nèi)生產(chǎn)的基于各種原理測量流量的流量計種類很多,如容積式流量計、渦街流量計、差壓流量計、等。其中,是隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始得到實際應(yīng)用的一種非接觸式儀表。與其他類型的流量計相比,具有無壓力損失、性價比高、測量范圍寬(一般可達(dá)到20:1)等特點。傳播速度差法超聲波流量計的測量范圍可達(dá)到300 : 1。因此,在大管徑的計量中使用超聲波流量計具有突出的優(yōu)勢。尤其在城市輸氣中,白天用氣高峰和夜間用氣低谷氣流量差別懸殊,超聲波流量計測量范圍寬的特點能很好地適應(yīng)這一點。

1超聲波流量計的測量原理

超聲波流量計由超聲波轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量,以一定的方式發(fā)射并穿過被測流體,接收器接收到超聲波信號,供顯示積算儀顯示和積算,實現(xiàn)流量的檢測顯示。

超聲波流量計的2個超聲波換能器(又稱超聲波探頭)分別安裝在管道外壁兩側(cè),以一定的傾角對稱(見圖la)或在同側(cè)(見圖1b)。

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超聲波換能器通常采用鋯鈦酸鉛陶制成,在電的激勵下,換能器產(chǎn)生超聲波以一定的入射角射入管壁,在管壁內(nèi)以橫波形式傳播射入流體,并以縱波的形式在流體內(nèi)傳播,最后透過介質(zhì),穿過管壁被另一換能器所接收。在測量時2個傳感器互為發(fā)射和接收探頭,為保證2個方向傳輸?shù)某暡ㄌ幱谙嗤臍怏w流速下,設(shè)計時使2個換能器同時向?qū)Ψ桨l(fā)射超聲波。

按測量參數(shù)的不同,其測量原理可分為時差法、頻差法和相位差法3種,僅介紹常用的前2種類型。以圖la為例,傳感器與管線法線的角度為θ1 , δ為管道壁厚,D為管道公稱直徑。超聲波脈沖信號的傳播速度為c,流體速度為v,2個傳感器(T1和T2)之間的連線與天然氣流動方向的夾角為θ,則超聲波速度在天然氣流動方向上的分量vcosθ,與流體速度疊加后的合速度為c±vcosθ。即當(dāng)超聲波水平速度分量方向與流體流速方向一致時,兩者的合速度為c+vcosθ,反之為c- v cosθ。

1.1 差法計量原理

當(dāng)T1發(fā)射T2接收時,T1到T2的傳輸時間:

當(dāng)T2發(fā)射T1接收時,T2到T1的傳輸時間:

整理后得到:

則兩個方向的頻率差:

從(4)式可見,測到頻率差即可得到氣體流速v,由此可計算出體積流量,即:

進(jìn)而可得到天然氣的日產(chǎn)量公式:

1.2時差法計量原理

對(3)式整理得:

這樣測到時間差t12和t21,兩個時間參數(shù),即可求得氣體流速v,從而得出天然氣日產(chǎn)量公式:

從(6)、(8)式可以看出,利用超聲波流量計測得的天然氣日產(chǎn)量Q與超聲波脈沖信號速度無關(guān)。

2 性能特征

超聲波流量計與孔板、渦輪、渦街等傳統(tǒng)流量計相比,具有適應(yīng)性強(qiáng),操作方便等特點(見表1)。

差壓式流量計相關(guān)文章:差壓式流量計原理



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