超聲波流量計

超聲波流量計第1頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四一、工作原理超聲流量計是利用超聲波在流體中的傳播特性來實現(xiàn)流量測量的。是一種非接觸式流量測量儀表。利用超聲波測量流量的方法很多。根據(jù)對信號檢測的方式的不同主要分為：1、多普勒法：利用多普勒效應(yīng)確定流量。當(dāng)聲源與目標(biāo)之間有相對運動，會引起聲波在頻率上的變化正比于運動的目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對速度。特點：簡單，不接觸測量介質(zhì)，一般用于含有顆粒和氣泡的液體或兩相流流體的流量測量。第2頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四2、波束偏移法：裝于管道一側(cè)的換能器發(fā)射的超聲波垂直于流體流動方向。流體的流動使波束產(chǎn)生偏移，這個幅差與流速有關(guān)。特點：線路簡單，一般用于準(zhǔn)確度要求不高的高速流體測量中。3、傳播速度法：根據(jù)超聲波在流體中順流與逆流傳播的速度之差與流體流速有關(guān)的原理實現(xiàn)流體流量的測量。按照具體測量參數(shù)的不同又可分為：時間差法、相位差法、頻率差法。第3頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四相差法：檢測△φ相位差。由于相位測量技術(shù)較復(fù)雜，實際應(yīng)用較少。頻差法：檢測△f頻率差。主要用于大口徑測量。時差法：檢測△t時間差。測量中小口徑流量準(zhǔn)確度高，應(yīng)用廣泛。在工業(yè)生產(chǎn)測量中應(yīng)用傳播速度法最為普遍。下面主要討論傳播速度法中時差法的原理和推導(dǎo)。第4頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四時差法：利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。原理如下圖所示：

第5頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四根據(jù)運動學(xué)原理，利用流體傳播超聲的特性聲波順流傳播速度為：C＋Vcosθ聲波順流傳播時間為：t1=L／（C＋Vcos）聲波逆流傳播速度為：C－Vcosθ聲波逆流傳播時間為：t2=L／（C－Vcos）第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四時間差為：△t＝t2－t1=L/（C-Vcosθ）－L/（C+Vcosθ）＝2LVcosθ／（C2－V2cos2θ）由于C>>V，故V2cos2θ可以忽略不計

則：△t＝2VLcosθ/C2

即：流體流速V＝△t

C2/（2Lcosθ）第7頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四從式（1）可以看出，從發(fā)生器發(fā)出的超聲波傳到接收器的速度變化與管路內(nèi)的流體流速成正比。據(jù)此把管道參數(shù)置入儀器，采集數(shù)據(jù)經(jīng)變換器變換即得到瞬時流量，并得累計流量。第8頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四二、結(jié)構(gòu)：超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路和流量顯示三部分組成。根據(jù)超聲波換能器使用不同可分為：可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計。1、外貼式外貼式超聲波流量計是生產(chǎn)最早，用戶最熟悉且應(yīng)用最廣泛的超聲波流量計，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲波流量計安裝簡單、使用方便的特點。第9頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四2、管道式：某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良，或者銹蝕嚴(yán)重，襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因，導(dǎo)致超聲波信號衰減嚴(yán)重，用外貼式超聲波流量計無法正常測量，所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計。

管段式超聲波流量計把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計在測量中的一個難題。而且測量精度也比其它超聲波流量計要高，但同時也犧牲了外貼式超聲波流量計不斷流安裝這一優(yōu)點，要求切開管道安裝換能器。第10頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四3、插入式插入式超聲波流量計介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流，利用專門工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。由于換能器在管道內(nèi)，其信號的發(fā)射、接受只經(jīng)過被測介質(zhì)，而不經(jīng)過管壁和襯里，所以其測量不受管質(zhì)和管襯材料限制。第11頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四三、特點安裝維修方便，直接安裝于管道上，不需設(shè)置專門的流量井和太大的安裝空間通用性好，與口徑無關(guān)測量范圍廣，不受流體物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的影響，可以對任何流體進行測量；測量方式多，非接觸式，可對不易接觸和觀察的流體進行測量；測量簡便，指示讀數(shù)與所測流體流量成線性函數(shù)，便于流量的直接讀數(shù)、記錄和累計；可以將轉(zhuǎn)換器與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制計算機相連接，更方便地對流量計進行控制，對數(shù)據(jù)進行各種操作，如讀取、存儲、打印、分析等。第12頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四四、安裝方式（1）直接透過法，又稱Z法，主要適用于流體以管軸為對稱軸沿管軸平行流動的情形。Z方式安裝的換能器超聲波信號強度高，測量的穩(wěn)定性也好。D＞300mm第13頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四（2）反射法，又稱V法，V法安裝超聲波信號行程增加一倍。適用于小管徑，管道條件好的流量測量。第14頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四（3）交叉法，又稱X法，同V法，是V法的變形。安裝距離受限制時。第15頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四外夾式超聲波流量計安裝方法①準(zhǔn)確輸入各項參數(shù)，計算安裝距離；②按照安裝位置將管道打磨干凈，不能有油漆或污物；打磨面積約為探頭的3倍。③將探頭發(fā)