超声波流量计原理：时差法

GEPanametrics超声波流量计原理：时差法传感器既发送信号又接收信号V逆流方向传输时间tup，超声波被流体减速顺流方向传输时间tdn，超声波被流体加速tuptdnttupdntttupdn=-DtPc-Vsinup=qtPc+Vsindn=q流体流速VVqLPGEPanametrics超声波流量计原理：时差法VqLP声速c=Ptavg,ttt2avg=dnup+Q=流速横截面积Q=VA体积流量测定tttttupdnupdn=-DtPc-VsintPc+Vsinupdn==qq流体流速VC2L2×ΔtGEPanametrics超声波流量计:流体动力学流场流场的形态由管中的摩擦力与粘滞力决定雷诺#表征流场的形态Re=雷诺#V=流速ID=管子内径=运动粘度(ft2/secorm2/sec)Re=VID动力粘度流体密度=GEPanametrics超声波流量计:流体动力学雷诺#例：在20oC时,水的运动粘度=1×10-6,假定管子内径10”，若管内水的流速V=1m/s，则Re=2.54×106若管内水的流速V=10m/s，则Re=25.4×106雷诺数表征流体惯性力与粘性力之比。若雷诺数小，粘性力占主要地位，粘性对流场的影响是主要的。雷诺数大，则惯性力是主要的例：管子内径10”，当流速V=10m/s若Re=0.5×106，则运动粘度=50.8×10-6若Re=5×106，则运动粘度=5.08×10-6Re=VIDGEPanametrics超声波流量计:流体动力学流场区域层流:•层状的,抛物线状流场Re:0to2000过渡流场:•流场不定Re:2000to4000湍流:•流场变平Re:4000GEPanametrics超声波流量计:流体动力学流场系数(kRe)沿直径探测基于雷诺数(Re)的理论修正Nikuratze’s等式V=kReVm范围:层流=0.75过渡流场0.85湍流=0.91-0.99注释：运动粘度v变化10倍导致流量1%的变化。示例：V=10m/sec及内径(ID)=6”v=1010-6v=10010-6Re=0.15106Re=0.015106kRe=0.932kRe=0.922k=11.1190.011logReRe-GEPanametrics超声波流量计:流体动力学水标与实际工况之间因kRe可能导致的附加误差在20degC时,水的运动粘度=1×10-6,假定管子内径DN100若管内水的流速V=1m/s，则Re=1×106kRe=0.9497工艺介质：DN100，V=1m/s,粘度=60，则Re是水的1/60.kRe=0.9323，（速度为0.5m/s时，kRe=0.9295)附加误差：1.86%，（0.5m/s时，附加误差：2.17%）该附加误差随工况变化而变化。但多数厂家在标定时只有K修正系数XMT868自动计算双重修正。GEPanametrics修正系数雷诺数修正•单个动力粘度值修正(K/V).•使用某个与雷诺数有关的测量参数编辑雷诺数表.•任何测量参数都可以用于编写K/V表.超声波流量计:Re修正GEPanametrics修正系数K-系数修正•可用单个K系数修正•使用某个与K系数有关的测量参数编辑K系数表.•任何测量参数都可以用于编写K系数表.超声波流量计:K系数修正GEPanametricsI.声阻抗Z=ρ•cρ=密度c=声速水：1.5x106Rayls空气：4.2x102RaylsZ1Z2液体/气体探头超声波流量计:声阻抗不锈钢：40x106Rayls钛金属：24x106Rayls•如果Z2=Z1，阻抗匹配。信号将最大限度地从缓冲棒传入待测介质。•如果Z2Z1，阻抗不匹配。在绝大多数应用中，Z2Z1，只有少量信号从缓冲棒传入待测介质。GEPanametricsII.信噪比(SNR)S=在流体中传播的信号N=在管壁内传播的“短路”噪声•为了完成优良的测量，要求SN或SNR1.•高压有助于提高信号S.•良好的垫片将减小噪声N.*数据源于1996年5月荷兰壳牌石油公司有关实验结果。H2N2气体430SNR≈4SNR≈17.52Pmin(barg)*SN安装短管管线垫片BWT缓冲棒NBWT缓冲棒垫片安装短管超声波流量计:信噪比