超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)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(jì)是利用超聲波在流體中的傳播特性來實(shí)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(yùn)動，會引起聲波在頻率上的變化正比于運(yùn)動的目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對速度。特點(diǎn)：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(gè)幅差與流速有關(guān)。特點(diǎn)：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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)差法：檢測△t時(shí)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(shí)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(shí)差法：利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)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(yùn)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(shí)間為：t1=L／（C＋Vcos）聲波逆流傳播速度為：C－Vcosθ聲波逆流傳播時(shí)間為：t2=L／（C－Vcos）第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四時(shí)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(jì)

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(shí)流量，并得累計(jì)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(jì)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(jì)。1、外貼式外貼式超聲波流量計(jì)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(jì)，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(jì)安裝簡單、使用方便的特點(diǎn)。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(jì)無法正常測量，所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計(jì)。

管段式超聲波流量計(jì)把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計(jì)在測量中的一個(gè)難題。而且測量精度也比其它超聲波流量計(jì)要高，但同時(shí)也犧牲了外貼式超聲波流量計(jì)不斷流安裝這一優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(jì)；可以將轉(zhuǎn)換器與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連接，更方便地對流量計(jì)進(jìn)行控制，對數(shù)據(jù)進(jìn)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(qiáng)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(shí)。第15頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四外夾式超聲波流量計(jì)安裝方法①準(zhǔn)確輸入各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)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)