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超声波流量计的声道分析【深圳迅昇科技】
2021-01-12

超声波流量计依据声通道的排列可分为单声道超声波流量计。单声道超声波流量计的量测管段上只组装一对超声波换能器,而多声道超声波流量计的量测管段上组装多对超声波换能器,包括多条独立的超声波传播路径。多声道超声波流量计对流场的适应能力更强,能提高流量计的测量精度;然而,单声道超声波流量计广泛应用于小直径场合,通过镜子的应用,单声道超声波流量计的声道布置变得越来越复杂,测量精度也得到提高。依据声道的传播方式,常用的单超声波流量计主要有Z型流量计、U型流量计、V型流量计、N型流量计和三角流量计。不同传播类型的声通道示意图如图4-1所示,其中红色虚线表示声波的传播路径。

多声道超声波流量计采用数值积分法提高流量修正系数的精度,可以解决单通道超声波流量计量测不确定度误差大的问题。多声道超声波流量计通常采用高斯积分法计算公式(2-7)中各通道的位置r/R和相应的权重系数wi。在采样点数和自由节点数相同的情况下,高斯型数值积分法比辛普森公式和梯形公式具有更高的计算精度。圆形量测管段超声波流量计一般采用高斯-雅可比积分法计算声道位置和相应的权系数。依据高斯-雅可比积分法的零点确定各通道的高度,依据积分法的权系数计算通道权系数。

在实践中,各通道上的速度分布与理想代数多项式表示的速度分布有很大差异,特别是不能反映管壁速度为零的特性,导致流量积分结果高,影响超声波流量计的测量精度。为了使计算结果更接近圆形管段内液体充分发展的真实值,提出了一种利用最优圆形截面算法(OWICS)计算声道位置ri/R和权重系数wi的方法,该方法实际上是一种基于正交多项式的高斯积分方法。高斯-雅可比(Gauss-Jacobi)OWICS积分法计算的各通道的位置和权重系数见表




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