基于声学匹配和流场优化下气体超声波流量计性能研究

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当前我国高精度超声波气体流量计主要依赖于进口,因此亟需研发国产高精度超声波气体流量计。其测量精度主要取决于气体超声波换能器性能参数和被测管线内的流场分布情况,因此针对这两方面进行研究是提高超声波气体流量计测量精度的有效途径。

在超声波换能器中,匹配层是决定气体超声波换能器性能优劣的直接因素,天津理工大学的李玉川选用氧化铝和空心玻璃微珠作为匹配层填料,环氧树脂作为匹配层基体,采用刮刀法和研磨法两种不同的制备工艺制备不同质量比例的匹配层,并从密度、声速、声阻抗、硬度等多方面对其性能进行研究。结果表明:匹配层中空心玻璃微珠质量分数达30%时,匹配层整体性能较优,声阻抗达2.311MRayl,同时加入适量氧化铝可以有效提高匹配层整体硬度,及其超声信号传递能力,当氧化铝添加量约为匹配层整体质量15%时,其提升效果较优,表面硬度提升率约为7%,信号幅值提升率约为69.5%。最后,本文还对匹配层的制备方法进行了研究,结果表明:与研磨法相比,刮刀法制备的匹配层整体信号传递能力提升了约10.07%,在实际工况中,测量误差降低了约2%。

在流场方面,孔板整流器是目前常用的处理流场分布不均的方法,作者针对NEL整流器的性能问题进行改进。通过改变整流孔形状,有效提高了NEL整流器对于双扭管及缩扩管引起的下游流态畸变的整流效果,使其下游1.5D截面处流速差降低了30%-60%,但是对于180°弯管,该改进方案起到了反作用,其1.5D处截面流速差提高了24.2%。同时该方案还有效改善了由整流器引起的管路压损问题,整体压损降低率最高达到43.6%。

参考文献：

[1]李玉川. 基于声学匹配和流场优化下气体超声波流量计性能研究[D].天津理工大学,2022.

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