丹尼尔气体超声波流量原理简介计

Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide1of106丹尼尔气体超声波流量计Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide2of106丹尼尔气体超声波流量计演示的目的简介超声波流量计的基本原理超声波流量计的技术规范流量计的电子输出单元丹尼尔流量计的使用和选型流量计内部信息的获得及流量计的诊断AGA9号报告:超声波流量计的通行标准Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide3of106演示的目的为参加本次交流的各位增加对超声波流量计认识所必需的基本知识.Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide4of106丹尼尔超声波流量计的发展历史八十年代初期,英国煤气公司开始研发四通道的超声波流量计1986:英国煤气公司同意授权Daniel公司作为唯一的开发商,进一步开发该类型流量计的工业领域的应用1989:第一台实用流量计顺利出厂,其包含大多数早期设计,在英国开始销售并用于商业计量1993:Daniel公司采样自动增益控制和数字信号处理技术改善了流量计的电子单元,提高了信号的保真度和流量计的精度1994:Daniel引入防爆的MarkII电子处理装置Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide5of106丹尼尔超声波流量计的发展历史1996:Daniel开发出单通道的热帽式(Ultra-Tap)流量计并直接安装在短接上,主要用于流量比对1998:Daniel开发出可在线拆装的传感器并可提供在线的拆装工具1998:DFI(丹尼尔流量接口单元)板与MarkII电子单元一体化Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide6of106超声波流量计的技术特点精度高级超声波流量计精度:优于0.5%,并可免标定普通超声波流量计:2%热帽式超声波流量计:2%较低的维护费用无可动部件,可延长维护保养的时间间隔.无插入管道内部的部件,即使管道中有残渣也不会损坏仪表的任何组件.Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide7of106超声波流量计的技术特点较低的运行成本不影响流体的正常流动压力降小不用加压...节约了电费低安装成本高容量高量程比(可达100:1)降低了对上下游直管段的要求Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide8of106超声波流量计的技术特点应用实例一台16”(DN400)的超声流量计可相当于三台12”(DN300)的孔板流量计流通量的总和投资:一台16“多通道超声流量计的投资为$79,700;三台12“孔板流量计带直管段的总投资为$184,300;节约投资超过$104,000Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide9of106如何确保超声波流量计的精度精确的几何加工尺寸和精密的传感器定位仪表的整体化技术贯穿于设计的全部过程中对流体剖面特性及流场,流态的检测,并采用精确的数学模型进行补偿时间直通式测量原理本身具有较高的精准度Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide10of106时间直通式测量原理的精确性电子时钟的稳定性连续测量与流体状态相关的声波脉冲对电子元件和传感器引起的信号滞后给予恰当的补偿Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide11of106超声波流量计的基本原理Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide12of106声波的基本知识什么是声波?声波是一种机械辐射能,它以实际物质为载体的纵向压力波(注意它不是一种横截面或横向波).声波是如何产生的?当振动体与介质相接触时,便产生声波声波的频率(Hz)单位时间内通过某一给定点的声波的数量叫声波的频率Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide13of106声波的基本知识声波的速度速度是指声波通过某一介质的速率(米/秒,英尺/秒),它是独立于频率的一个概念介质的弹性越大,声波传播的速度越快介质的密度越大,声波传输的速度越慢如果气体的密度已知的话,声波的速度是可以计算出来的声波的波长波长等于声波的速度除以声波的频率声波的强度随介质的密度降低而变弱Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide14of106超声波超声波是高频率的声波人类可以通过听觉感知到的声波频率范围从20到20,000Hz超声波的频率在20,000Hz以上丹尼尔超声波流量计的工作频率是120KHz为什么使用超声波?能够聚焦成一束光在管道经常产生的干扰频率(60HZ)之上Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide15of106超声波超声波的产生和检测压电晶体制成的传感器用来产生和感测超声波信号压电晶体的反向效应用来产生超声波振动压电晶体的正向效应用来感测超声波振动Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide16of106衬垫材料导电体压电晶体Disk耦合层壳体24V输入电压输出120KHz输入120KHz输出流量计传感器Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide17of106时间直通式原理的技术特点Daniel超声波流量计被称为时间直通式超声流量计声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气流推动)小于声波由下游向上游传输的时间(声波被气流反向阻挡)这两个时间之差与气流的速度存在某种对于关系从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速度和声波的速度Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide18of106脉冲发生器接收单元检测单元时钟本安型传感器信号检测回路100MHz晶振120kHz超声波信号(大大给予调节阀的干扰频率60kHz)时间直通式测量原理Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide19of106传输时间.004FlowXD传输时间.007.003超声波流量计Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide20of106任意一对传感器t1=Lc-v(x/L)t2=Lc+v(x/L)FlowXD高级超声波流量计流量方程Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide21of106流量从上述方程中求出v=L2x(t1-t2)t1t2c=L2(t1+t2)t1t2v=流体速度c=声速t1=上游传输时间t2=下游传输时间2流量方程Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide22of106多通道即多路流速测量!多通道流量计ABCDVavg=SWnVnn=14Vn=L(t1-t2)2x(t1t2)2超声波流量计的计算Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide23of106全众因子仅取决于探头的几何分布情况!Wa=0.1382Wb=0.3618Wc=0.3618Wd=0.1382多通道流量计ABCD几何全众因子Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide24of106流量与流体的流速和截面积有关流量=流速*截面积流速测量Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide25of106tup=Lc-v(x/L)tdn=Lc+v(x/L)FlowXDL/2L/2普通型超声波流量计流量方程Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide26of106单通道流量计212121212)(2)(2ttttLcttttxLv普通超声波流量计的计算Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide27of106流体剖面特性气体在管道的中心线一带流动较快,越接近管壁流速越慢单通道和双通道流量计需要流体经过流态矫正Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide28of106对单通道和双通道流量计来说CF=矫正系数WR=管壁粗糙度Re=雷诺数8.0Re835.02703.0(242.01DWRLOGCF流态剖面流态矫正Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide29of106多通道流量计算流量计算的步骤测量每个通道的声波传输时间计算每个通道的速度计算平均速度流速乘以截面积Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide30of106流量计算流量流速测量的结果有关流体的全部计算结果取决于对声波传输时间的测量传输时间的测量取决电子器件的性能Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide31of106阈值检测-模拟技术时间(微秒)电压值信号检测Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide32of106数字技术即采样软件找到正确的测量点时间(微秒)电压值信号检测Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide33of106单对传感器-低流量050100150200250300-50-100下游上游超声波的跟踪Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide34of106单对传感器-高流速050100150200250-50-100-150下游上游超声波的跟踪Fisher-RosemountConfidentialDanielProductTrainingMar00Slide35of106超声波流量计相对于其它种类流量计的优势精度较少的误差源高级超声波流量计,无需标定,精度高于0.5%普通型超声波流量计,2%热帽式流量计,2%低维护成本无可动部件,维护周期较长无部件插入管道内部,任何管道内部的残渣都不会损坏流量计