超聲波流量計的測流原理及其應用研究

1、超聲波流量計的測流原理及其應用研究利用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)進展很快?；诓煌?，適用于不同場合的各種形式的超聲波流量計已相繼浮現(xiàn)，其應用領(lǐng)域涉及到工農(nóng)業(yè)、水利、水電等部門，正日趨成為測流工作的首選工具。2 超聲波流量計的測量原理超聲波流量計常用的測量辦法為傳揚速度差法、多普勒法等。傳揚速度差法又包括挺直時差法、相差法和頻差法。其基本原理都是測量超聲波脈沖順水流和逆水流時速度之差來反映流體的流速，從而測出流量；多普勒法的基本原理則是應用聲波中的多普勒效應測得順水流和逆水流的頻差來反映流體的流速從而得出流量。2.1 時差法測量原理時差法測量流體流量的原理1所示。它利用聲波在流體中傳揚時因

2、流體流淌方向不同而傳揚速度不同的特點,測量它的順流傳揚時光t1和逆流傳揚時光t2的差值,從而計算流體流淌的速度和流量。以上各式中：d為垂直于水流方向上兩換能器之間水平投影的距離，為聲道數(shù)，s為兩聲道之間的過水斷面面積。2.2 多普勒法測量原理多普勒法測量原理，是依據(jù)聲波中的多普勒效應，檢測其多普勒頻率差。超聲波發(fā)生器為一固定聲源，隨流體以同速度運動的固體顆粒與聲源有相對運動，該固體顆?？砂讶肷涞某暡ǚ瓷浠亟邮掌?。入射聲波與反射聲波之間的頻率差就是因為流體中固體顆粒運動而產(chǎn)生的聲波多普勒頻移。因為這個頻率差正比于流體流速，所以通過測量頻率差就可以求得流速，進而可以得到流體流量，3。式(11)、

3、(12)是按單個顆?？紤]時，測得的流體流速和流量。但對于實際含有大量粒群的水流，則應對全部頻移信號舉行統(tǒng)計處理。超聲波多普勒流量計的換能器通常采納收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，見圖4。換能器接收到的反射信號只能是發(fā)生器和接收器的兩個指向性波束重疊區(qū)域內(nèi)顆粒的反射波，這個重疊區(qū)域稱為多普勒信號的信息窗。換能器所收到的信號就是由信息窗中全部流淌懸浮顆粒的反射波的疊加，即信息窗內(nèi)多普勒頻移為反射波疊加的平均值。由上可知，該流量計測得的多普勒頻移信號僅反映了信息窗區(qū)域內(nèi)的流體速度，因此要求信息窗應位于管渠內(nèi)臨近平均流速的部位，才干使其測量值反映管渠內(nèi)流體的平均流速。3 超聲波流量計的分類3.1 按照超聲波聲道結(jié)構(gòu)類型

4、可分為單聲道和多聲道超聲波流量計單聲道超聲波流量計是在被測管道或渠道上安裝一對換能器構(gòu)成一個超聲波通道，應用比較多的換能器是外夾式和插入式。單聲道超聲波流量計結(jié)構(gòu)容易、用法便利，但這種流量計對流態(tài)分布變幻適應性差，測量精度不易控制，普通用于中小口徑管道和對測量精度要求不高的渠道。多聲道超聲波是在被測管道或渠道上安裝多對超聲波換能器構(gòu)成多個超聲波通道，綜合各聲道測量結(jié)果求出流量。與單聲道超聲波流量計相比，多聲道流量計對流態(tài)分布變幻適應能力強，測量精度高，可用于大口徑管道和流態(tài)分布復雜的管渠。3.2 按照超聲波流量計適用的流道不同可分為管道流量計、管渠流量計和河流流量計管道流量計普通是指用于有壓管道的流量計，其中也包括有壓的各種外形斷面的涵洞，這種流量計普通是通過一個或多個聲道測量流體中的流速，然后求得流量。用于管渠的超聲波流量計除了要具有測流速的換能器以外，還需要有測水位的換能器，按照測得的流速和水位求得流量。用于管渠的流量計普通含有多個測速換能器(由聲道數(shù)打算)和一個測水位換能器。多數(shù)河流超