超声波气体流量计检测精度影响因素分析

在天然气的管道运输过程中,提高气体流量测量的精度是提高运输效率、避免安全事故发生的关键技术。利用流体力学仿真（CFD）方法建立组合双弯管及变径管道模型,定量计算修正系数,对双声道超声波流量计结构和安装位置对于管道内气体速度场的影响进行研究。通过仿真得出超声波流量计的最优声道位置,并结合实验验证了仿真结果的可信性。模拟结果表明,双弯管和变径管与超声波流量计的安装位置至少为10D才能保证流体充分流动;通过修正系数随雷诺数的变化情况得出双声道超声波流量计的最优声道位置为距管道截面中心0.25D处。研究结论对于不同性质气体的流量检测同样适用,为工业中气体运输检测精度的提高以及超声波流量计的优化提供了依据。     

超声波气体流量计的管道模型仿真和误差分析

为满足不断发展的超声波气体流量计测量精度的需要,改进传感器的设计精度和有效降低安装测试及样机调试成本,针对制约超声波气体流量计测量精度主要误差源之一的管道流场分析问题,结合计算机建模数值仿真技术及实验技术对其流场设计参数以及弯管安装条件等对超声波测量误差产生原因进行定量分析.理论研究和仿真实验结果表明,可以量化分析气体超声波流量计流场误差产生的原因、范围,并通过限定流场修止系数更有效地降低其测量误差,这项研究对该超声波气体流量计的优化设计和工程应用具有一定的指导意义.     

三维“Z”形声道气体超声流量计的试验研究

气体超声流量计用于城市燃气管线的用气计量己成为精确计量的趋势。为满足所需的计量精度和稳定性,流量计在设计时须考虑燃气在管道输送中不同雷诺数的流场下线速度的分布规律,设计合理的声道走向结构,减少紊流干扰造成流量计的测量不稳定性。研发了三维"Z"形声道的气体超声流量计,并对公称直径50 mm～200 mm的流量计进行试验,结果表明:三维"Z"形声道气体超声流量计能有效避开管线轴中心线上高流速区域,在流量范围内,用时差法测量气流流速与流过管道内的平均计算流速在一定的雷诺数范围内有恒定函数关系,从而提高气体超声流量计的计量精度和稳定性。     

上游弯管对超声波流量计精度影响及整流设计

针对上游弯管流场变化对超声波流量计测量精度的影响,利用CFD对测量管道内部流场进行数值仿真模拟,并设计整流器改善由弯管导致的明显的二次流和涡流等情况,以减小超声波流量计测量误差。研究对象为基于时差法的DN15超声波液体流量计,流量范围在0.1～1.5 m~3/h内,上游弯管与流量计之间测试直管段距离为2～20D。对比超声波流量计加装整流器前后测量误差,通过实验结果验证,未整流时流量计随着直管段越短测量误差越大,安装的整流器可以改善管道内流场的速度分布,将直管段长度缩短为10D,提升超声波流量计测量误差满足在±1.5%以内,验证了数值模拟的正确性,对工程实际应用具有一定指导意义。     

低功耗超声流量计的研究

针对超声波流量测量中管道结构对测量精度的影响,采用Fluent仿真软件模拟了不同管道中流体的流动状况,对管道内的超声波信号进行了分析和比较,设计了超声波流量传感器,并应用设计的流量传感器,研制了超声波流量积算仪的硬件电路和软件,最终的样机实验结表明,该超声流量计流量误差小于±2%,系统的平均工作电流为35μA。     

超声波流量计反射声道测量精度的数值模拟

为找到天然气输送过程中超声波流量计的误差来源，从气体流速分布角度分析超声波流量计反射声道的测量精度影响，根据工艺流程，建立管道模型，利用计算流体力学方法，获得管道内流场分布，分析了90°弯头和三通下游流速分布情况，以速度分布校正系数（k系数）的变化随雷诺数变化越小的声道测量精度越高作为衡量声道测量精度的方法，在90°弯头下游40D处分析了反射声道类型、声道分布方式以及声道入射角度对声道测量精度的影响。研究结果表明：（1）单反射和三反射的k系数稳定性优于双反射；（2）反射声道分布方式中k系数的稳定性，单反射2、4优于单反射1、3，双反射3优于双反射2、4优于双反射1，三反射2优于三反射1;(3)声道入射角度对单反射2、4和双反射1及三反射2的k系数稳定性几乎无影响，而对双反射2、4影响较明显。结论认为，该研究结果可为反射型超声波流量计的声道提供更合理的选择。     

天然气管道超声流量计计量方法研究

气体超声流量计是一种依据超声波在速度分布均匀的气体流场中,进行顺逆流传播时间差流量值计算的方法。由于其具有低压损、高精度和宽量程的优势,被广泛应用于天然气贸易计量场合。但是,在使用超声流量计计算流量时,由于扰流元件、管壁粗糙度等因素导致气体流速不均匀,产生计算误差。根据西气东输管道数据,选择DN500和DN1000这2种管径的管道作为研究对象,根据超声流量计测量处前后管段的流场,分析了单声道单弯头和单声道异面双弯头在不同直径、位置和流量等工况条件下,对超声流量计计量误差的影响,为准确计量天然气大管径超声流量计提供参考。     

气体超声波流量计的应用与研究

本文主要对气体超声波流量计测量的检测原理,以及影响计量精度的分析,提出气体超声波流量计准确计量的修正方法。     

超声波气体流量计在低压环境的应用

为了验证超声波气体流量计在低压环境的工业适应性,该文自主研发了针对低压环境的矿用超声波气体流量计样机,在压力测试平台上分析了管道压力对超声波接收信号衰减的影响。主要针对负压环境下超声波信号信噪比低的特点,采用窄带滤波结合自动增益控制技术实现了超声波信号的稳定接收,采用相对阈值法结合过零检测法完成超声波渡越时间解算和流量计算。在煤矿负压管道中展开工业性试验,试验结果表明该设计方法测量精度优于±2. 86%。     

选带细化超声流量计试验分析

文中研究一种用于工业密闭管道流体流量测量的新型超声波多普勒流量计。采用中频调制为基础提取流体流速的方向信息，引入选带细化频谱分析技术（Z00M—FFT）对解调后的超声波多普勒信号进行频谱估计，并以此为基础计算管道流量。该方法能判断流速的方向；降低流速测量下限；提高了流速测量的动态响应速度、实时性以及稳定性。实验表明选通细化超声流量计准确度等级为1．5级。     

超声波流量计流体异常诊断与处理方法研究

针对超声波流量计在测量液体流量的过程中,流体的异常状态会极大地影响流量计的测量精度这一问题,提出了一种基于脉宽比和幅值电压检测的方法,以此来监控信号质量,通过对测量系统进行了实时监测并及时诊断异常情况,从而保证超声波流量计的测量精度和可靠性。首先,设计了超声波流量计监测系统,实现对流量计数据的采集、分析与处理等功能;然后,采用脉宽比结合幅值电压监测方法判断了流体异常的类型;利用自适应采样算法的反馈机制调节了测量周期,以适应管道内流体的变化速度;最后,通过流量测量实验,测试了流体内不同气泡状态下脉宽比的变化规律,测量口径为15 mm管道的多个流量点,分析了流体稳态和少量连续气泡状态下传统测量方法与自适应算法测得的数据,对平均相对误差和重复性进行了对比。实验结果表明：异常诊断功能能够判别流体内气泡状态;基于自适应采样算法,超声波流量计在小流量0.1 m³/h～1.5 m³/h区间内平均误差达到1.02%,重复性也达到0.47%,准确度等级达到1.5级。经液体流量标准装置检定,流量计累积流量测量误差降低了60%,重复性提高了80%。研究结果表明：异...     

基于CFD的超声波流量计最优声道位置研究

时差法超声波流量计圆形管道内不同声道位置上流体平均流速与管道截面平均流速的关系已被广泛研究,但是对于非圆形测量管体尚缺乏相应报道.本文针对某种方形管道,采用计算流体动力学(CFD)方法获得管道内的流场分布,进而通过数值计算得到时差法超声波流量计不同声道上K系数(即超声波传播路径上流体平均流速与管道截面流体平均流速之比)随雷诺数的变化关系,并选取K系数随雷诺数变化最小的声道作为最优声道,研究结果有利于简化流量补偿计算.     

流量测量仪表──第十讲 超声波流量计

流量测量仪表──第十讲　超声波流量计开封流量仪表研究所邵朋诚概述利用超声波测量流速、流量的技术在医疗、海洋观测、河流特别是工业管道的各种测试中有着广泛的应用，它不但可以用于液体、液固两相流的测量，而且可用于气体流量测量。研究利用超声波测量液体和气体的...     

基于物联网的高精度超声波气体流量监测系统设计

针对工业现场超声波流量计要求较高精度,简化现场布线,对安装现场进行监控预警又要远距离传输数据的需求,设计了一种基于物联网MQTT协议和ESP8266芯片的高精度超声波气体监控系统。使用DHT22测量温湿度、MQ-4测量甲烷浓度。为提高超声波流量计的精度,使用Z式探头安装法与MAX35104高精度气体测量芯片。采用STM32F103ZET6作为主控MCU,实现对外围电路的控制及数据处理。为实现远程控制与无线传输数据,采用ESP8266芯片通过网络传输数据。实验证明,该系统实现了测量现场的布线简化、危险环境监控和远程数据传输,可以进行气体流量测量,成本较低,可靠性高。     

基于LabVIEW的超声波相关法流速流量测量仪

讨论和分析了相关法超声波流量计的测量原理和数学模型，据此完成了相关法超声波流速流量测量虚拟仪器系统的结构设计和基于Lab-VIEW的软件设计，通过对该系统进行软件模块测试和系统信号仿真实验，论证了将虚拟仪器技术应用于超声波相关法流量测量领域的可行性，在相关法超声波流量计的理论研究和实验开发上具有一定的应用价值。     

上游阻流件对孔板流量计性能的影响

利用常压气体作为流动介质,以流出系数平均相对误差、线性度和不确定度为评价指标,通过实流实验,研究上游组合管件对孔板流量计测量性能的影响。根据不同的上游阻流件对孔板流量计测量精度的影响进行了实流实验研究。根据实验结果,为保证相对误差在可接受范围,给出对于不同形式的上游组合管件孔板流量计对前直管段长度的建议。     

气体超声流量计换能器附近回流影响声束研究

针对流程工业广泛使用的中小口径气体超声流量计,分析了换能器位置引起的流场与声束扰动,以及影响流量计性能的机理和细节。以100 mm直径的单声道流量计为研究对象,将计算流体力学与波动声学相结合,分析换能器凹凸引起的流速剖面变化,及其对声束传播、接收声压和传播时间的影响,并与同流速的双声道、无回流的均匀流和湍流比较。仿真表明,在0.5~50 m/s流速范围,受回流影响,声道上漩涡强度、速度的分布和大小差异显著。在声路径和接收器上,声压级偏差随流速增加而变大,不同流速剖面的最大偏差可达10%。对于仪表系数,均匀流、湍流、单声道和双声道情形的最大偏差可达0.94%、8.20%、-10.90%和6.35%。实流实验证实了仿真的合理性。     

高温型外夹式超声波流量计换能器安装结构设计与仿真

超声波流量计通常由超声波换能器、电子线路和显示系统三部分组成,由于超声波换能器的安装结构限制,超声波流量计很难用于测量高温管道中的高温流体。本文将通过对超声波换能器安装结构进行设计,使超声波流量计能适用于测量高温流体,并通过有限元仿真计算分析,验证这种结构的可行性。     

海外科技

测试仪器与软件支持多种气体的小型高精度气体流量计日本矢崎总业日前开发出了可用于空气、氢气、氦气、天然气等多种气体的小型高精度气体流量计。燃料电池车为了提高燃料电池的功率和效率,要求对输送给燃料电池的空气和氢气流量进行精细控制。此次的流量计就可在这种控制中用来测量空气与氢气的流量。该气体流量计非常小,传感器部分的外形尺寸仅为2mm×2mm0.4mm。在硅片上利用MEMS技术形成了齿状加热器,以及通过将不同金属结合到一起形成压电效果的温度传感器。温度传感器配置于位于中间的加热器上下左右位置,可通过检测晶圆上温度分布的变化,推算出气体流量。     

非线性最小二乘法在多声道超声波流量计测量非理想流动中的应用

针对多声道超声波流量计在流量计算过程中应用的数值积分方法只适用于理想的充分发展流动的问题,提出在测量非理想流动时应用非线性二乘法计算最小的流速误差的平方和,流速误差平方和最小时计算得到的权重系数即为多声道超声波流量计在测量非理想流动时的最优权重系数,提高了流量计在测量非理想流动时的精度。应用计算流体力学仿真软件FLUENT对单弯管和异面双弯管下游5D和10D处的流速测量进行仿真验证,应用优化后的权重系数进行流速计算可以使测量误差减小到±0.5%以内。