Введение в измерительный канал потока в ультразвуковых газовых счетчиках

I. Что такое измерительный проточный канал?

Измерительный канал является наиболее важным чувствительным компонентом ультразвукового газового счетчика. Он представляет собой специально разработанную структуру трубы, через которую проходит газ. Это не только канал для газа, но и точная "измерительная камера". Внутри устанавливается одна или несколько пар ультразвуковых датчиков. Измеряя разницу во времени ультразвуковых волн, распространяющихся по потоку газа и против него, рассчитывается скорость потока и расход.

Ультразвуковые преобразователи

II. Основной принцип измерения (метод разности времен)

В настоящее время это наиболее распространенный и точный метод.

Основная структура: Пары (или группы) ультразвуковых преобразователей (T1, T2) устанавливаются выше и ниже по течению от измерительного канала потока. Они могут как передавать, так и принимать ультразвуковые сигналы.

Процесс измерения:

Распространение вниз по течению: T1 передает ультразвуковые волны, а T2 принимает их. Направление распространения ультразвуковых волн совпадает с направлением потока газа, а время распространения t1 короче.

Распространение вверх по потоку: T2 передает ультразвуковые волны, а T1 их принимает. Направление распространения ультразвуковых волн противоположно направлению потока газа, и время распространения t2 больше.

Формула расчета:

Разница во времени Δt = t2 - t1

Средняя скорость потока V газа пропорциональна Δt. В сочетании с площадью поперечного сечения A проточного канала можно рассчитать объемный расход Q = V × A.

Наконец, общий расход газа получается путем накопления расхода за определенный период времени.

Основная идея: Нет прямого контакта с газом, нет механических движущихся частей, а расход рассчитывается путем измерения "времени", самой точной физической величины.

III. Конструктивные соображения и типы измерительных каналов

Цель проектирования - получить стабильный, точный и повторяющийся сигнал скорости потока при минимальных потерях давления.

1. Распространенные типы проточных каналов

Одноканальный тип прямой трубы: Самая простая форма, когда пара преобразователей устанавливается непосредственно на обоих концах прямой трубы.

Низкая стоимость, но чувствительность к состоянию входного потока, обычно требующая более длинных прямых участков трубы до и после для стабилизации поля потока, что приводит к потенциально большему размеру корпуса измерителя. Монауральный отражательный тип (V-тип, W-тип):

V-тип: Пара датчиков устанавливается на одной стороне трубы, и ультразвуковая волна отражается от противоположной стенки трубы, чтобы достичь приемного конца. Канал потока может быть спроектирован более компактным, что делает его основным решением для бытовых счетчиков.

W-тип: Многократное отражение приводит к удлинению пути звука, что делает его более чувствительным к низким скоростям и малым расходам, но его структура более сложная и требует высокой точности обработки.

Многоканальный тип:

Несколько пар датчиков расположены в разных местах поперечного сечения канала потока (например, параллельный четырехканальный, поперечный четырехканальный).

Преимущества: Возможность измерения скорости потока в разных точках поперечного сечения, что позволяет получить более точную усредненную по площади скорость потока путем интегрирования. Он нечувствителен к неидеальным распределениям скорости потока (например, к вихрям, возникающим в изогнутой трубе), что обеспечивает чрезвычайно высокую точность.

Области применения: В основном используется в высокоточных газовых расходомерах большого диаметра для промышленного применения.

2. Основные конструктивные соображения

Оптимизация поля потока: Входное отверстие канала потока обычно имеет выпрямитель (например, сотовую решетку или перфорированную пластину) для устранения вихрей, преобразования турбулентного потока в ламинарный и обеспечения стабильного и симметричного профиля скорости, что является основой для обеспечения точности измерений.

Акустическое оформление: Угол установки датчиков, длина звукового тракта и гладкость отражающей поверхности - все это напрямую влияет на уровень сигнала и надежность измерений.

Материалы и процессы: Внутренняя стенка проточного канала должна быть очень гладкой (обычно для этого используется прецизионное литье под давлением или обработка с ЧПУ), чтобы уменьшить сопротивление трения и помехи воздушному потоку. Материал должен быть прочным, устойчивым к коррозии и иметь низкий коэффициент теплового расширения.

Контроль потери давления: Отличная конструкция проточного канала минимизирует сопротивление потоку газа, обеспечивая при этом эффективность дозирования, что позволяет снизить энергопотребление в трубопроводной сети.

IV. Сравнение с традиционными диафрагменными счетчиками газа

В принципе, ультразвуковые газовые счетчики используют метод времени пролета для электронного измерения, в то время как традиционные диафрагменные газовые счетчики полагаются на механический объемный принцип, достигая измерения за счет возвратно-поступательного движения гибких диафрагм.

Что касается движущихся частей, то проточный канал ультразвукового газового счетчика неподвижен и не имеет движущихся частей; традиционный диафрагменный газовый счетчик содержит движущиеся части, такие как диафрагмы, шатуны и клапаны.

С точки зрения начального расхода, ультразвуковой газовый счетчик имеет чрезвычайно низкий начальный расход и может обнаружить очень малый расход; традиционный диафрагменный газовый счетчик имеет более высокий начальный расход, и малый расход может быть не измерен. Что касается соотношения диапазонов, то ультразвуковые газовые счетчики имеют очень широкий диапазон, обычно превышающий 1:100; традиционные диафрагменные газовые счетчики имеют более узкий диапазон, обычно 1:30.

Что касается потери давления, то ультразвуковые газовые счетчики имеют низкую и постоянную потерю давления и низкое сопротивление потоку; традиционные диафрагменные газовые счетчики имеют более высокую потерю давления, которая увеличивается по мере механического износа.

Что касается точности, ультразвуковые газовые счетчики имеют высокую точность и хорошую долгосрочную стабильность; традиционные диафрагменные газовые счетчики имеют высокую начальную точность, но она постепенно снижается с износом.

Что касается интеллектуальных функций, то ультразвуковые газовые счетчики изначально поддерживают интеллектуальные функции, контролируя температуру и давление, осуществляя компенсацию температуры/давления и обеспечивая сетевую связь; традиционные диафрагменные газовые счетчики требуют внешних электронных устройств, чтобы иметь подобные интеллектуальные функции.

Что касается обслуживания и срока службы, то ультразвуковые газовые счетчики не подвержены механическому износу, имеют длительный срок службы и не требуют обслуживания; традиционные мембранные газовые счетчики требуют регулярной смазки и обслуживания, а механические части стареют с течением времени.

V. Краткое описание преимуществ

Технология ультразвуковых газовых счетчиков с дозирующим каналом представляет собой будущее направление учета газа. Ее основные преимущества обусловлены конструкцией "полностью электронная, без механических движений":

Широкий диапазон и высокая точность: Точный учет от малого пламени на варочных панелях до большого пламени на настенных котлах.

Отсутствие износа и долгий срок службы: Отсутствие механического трения, поэтому производительность дозатора со временем снижается минимально.

Низкая потеря давления и экономия энергии: Гладкая конструкция проточного канала снижает потери энергии в трубопроводной сети.

Богатые данные и интеллектуальные возможности: Простая интеграция датчиков температуры и давления для точного преобразования рабочего объема в стандартный, а также поддержка дистанционного считывания показаний счетчиков и анализа потребления газа.

Удобство установки: не чувствителен к положению установки, не требует механической балансировки.