超聲波流量計依據聲通道的排列可分為單聲道超聲波流量計。單聲道超聲波流量計的量測管段上只組裝一對超聲波換能器,而多聲道超聲波流量計的量測管段上組裝多對超聲波換能器,包括多條獨立的超聲波傳播路徑。多聲道超聲波流量計對流場的適應能力更強,能提高流量計的測量精度;然而,單聲道超聲波流量計廣泛應用于小直徑場合,通過鏡子的應用,單聲道超聲波流量計的聲道布置變得越來越復雜,測量精度也得到提高。依據聲道的傳播方式,常用的單超聲波流量計主要有Z型流量計、U型流量計、V型流量計、N型流量計和三角流量計。不同傳播類型的聲通道示意圖如圖4-1所示,其中紅色虛線表示聲波的傳播路徑。
多聲道超聲波流量計采用數值積分法提高流量修正系數的精度,可以解決單通道超聲波流量計量測不確定度誤差大的問題。多聲道超聲波流量計通常采用高斯積分法計算公式(2-7)中各通道的位置r/R和相應的權重系數wi。在采樣點數和自由節點數相同的情況下,高斯型數值積分法比辛普森公式和梯形公式具有更高的計算精度。圓形量測管段超聲波流量計一般采用高斯-雅可比積分法計算聲道位置和相應的權系數。依據高斯-雅可比積分法的零點確定各通道的高度,依據積分法的權系數計算通道權系數。
在實踐中,各通道上的速度分布與理想代數多項式表示的速度分布有很大差異,特別是不能反映管壁速度為零的特性,導致流量積分結果高,影響超聲波流量計的測量精度。為了使計算結果更接近圓形管段內液體充分發展的真實值,提出了一種利用最優圓形截面算法(OWICS)計算聲道位置ri/R和權重系數wi的方法,該方法實際上是一種基于正交多項式的高斯積分方法。高斯-雅可比(Gauss-Jacobi)和OWICS積分法計算的各通道的位置和權重系數見表。
相關閱讀推薦: