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气体超声波流量计在压缩空气中的应用
摘要：本文简要介绍气体超声波流量计的测量原理、结构、具体分析及其安装注意事项。
关键词：气体超声波流量计、测量原理、换能器

气体超声波流量计是通过检测气体流动时对超声束的作用来测量流量的仪表，由上海同济大学研制，上海宝音电子有限公司推出的WZ系列仪表采用了具有国际先进水平的超声波高灵敏度技术和超锁时技术以及其它专有技术，由于仪表的特有测量原理，测量不受介质的温度、压力、杂技等的影响，可以广泛使用在煤气、压缩空气、CO2、过热蒸汽等介质中的测量。
当然超声波流量计的应用一定的条件，虽然其安装与传统的测量仪表不同，不受直线段的要求，但正确的安装点选取以及导出管开孔的位置、介质、温度、压力的范围等是测量应用中的关键，由于气体的可压缩性较强，仪表采用了传统的温度压力补偿，使仪表的优越性得到更好的发挥。本文将就实际工作情况，重点介绍气体超声波流量计在实际测量中的应用。
一、 气体超声波流量计的工作原理：
WZ系列超声波流量计是利用测量超声波在管道中传播
时间原理而实现的。气体流量则通过流速、管道截面积以及雷诺数等得到。
超声波流量计的基本原理如下图所示。在管道中斜装一对超声波传感器，两个传感器之间的距离为超声波的传播的声程。超声波在两个传感器之间的顺流传播时间为：
Ts=L/C+Vcosθ
Ts=L/C-Vcosθ 式中，C 为超声波在静止气体的传播，随气体性质变体而变化；V为气体的流速；θ为超声波声L与管道轴线之间的夹角。
依据Ts和Tn表达式，求得沿声程上的线平均流速；
V=L/2cosθ(1/ts+1/tn)
可以看出，因采用直接的动力学原理进行测量，无任何假定条件，气体流速仅与测量参数(1/ts+1/tn)有关，与气体本身性质无关，即不受气体成份、密度、温度等 影响。

二、 仪器特点：
1、 无附加压损，可使用不同管径的能源计量；
2、 对直线管的要求不高，但在有杂质的情况下，要求水平安装；
3、 可实现各种气体介质的测量；
4、 可事压安装、调试及维护；
5、 换能器没有插入管道，不会干扰流体和堵塞管道；
6、 高温型超声波换能器最高温度可达420 ；
7、 量程比大，1：350,流速范围 ，测量结果呈线性，可双向测量；
8、 通用性强，可单独工作或联网接入各种能源管理系统，实现流量科学管理。
三、 气体超声波流量计的安装注意事项：
由于气体经过压缩后，压力都发生了较大的变化，在介质中难免会有水分产生，另外，实际管外径也是决定仪表安装是否精确的先决条件。
1、 换能器安装的位置的选择：
1） 换能器的安装点应尽可能选择在便于维护的地方，若要带压安装，还要保证足够的空间，由于仪表的特定设计，换能器无上下侧之分，
2） 导出管要求：采用长为A，内径为50mm，壁厚及材料符合现场安全等要求的钢质或其他材质，将一端切割成45 ,另一端为90 角度，再焊接 50法兰盘，即制成导出管，然后将导出管在管道两侧斜对称安装；
3） 导出管的安装距离要求，如下所示：
保证导出管靠近管道的切面为45度角度且如上图 点O C 为导出管的安装点。
另外，为保证两导出管被安装在同一轴线上，焊接时导出管中间套一根外径在45mm左右的钢管，焊完后将钢管抽去。
2、 管道条件要求：
1） 管道内外壁要尽可能光滑；
2） 被测介质要能足够充满管道；
3） 对于有衬里的管道，要有正确的内外径尺寸；
4） 换能器尽可能不要安装焊缝或发兰安装处。
四、 气体超声波与流量计在应用中的注意事项；
1、 要确切地了解压缩空气的温度、压力范围，以及环境温度变化的范围；
2、 换能要尽可能地水平安装；
3、 由于压缩机的工作噪声大，主机要尽可能地远离；
4、 要保证4 以下的接地线；
5、 焊接时要保证导出管切面与管外壁相切；
6、 两侧的开孔位置一定要保证在同轴心水平面上；
7、 供电电源最好采用三相交流220V供电。