超聲波流量計(jì)量表的應(yīng)用

發(fā)布：2018-12-18 | 點(diǎn)擊：人次

摘要：超聲波流量計(jì)量表的應(yīng)用資訊由優(yōu)秀的流量計(jì)、流量儀生產(chǎn)報價廠家為您提供。超聲波流量計(jì)（UltrasonicFlowmeter）是通過檢測流體流動時對超聲波（超聲脈沖）的作用，以測量體積流量的儀表。超聲波流量計(jì)具有如下主要特點(diǎn)：被測流體中不插入任何元件，對流速。更多的流量計(jì)廠家選型號價格報價歡迎您來電咨詢，下面是超聲波流量計(jì)量表的應(yīng)用文章詳情。

超聲波流量計(jì)（UltrasonicFlowmeter）是通過檢測流體流動時對超聲波（超聲脈沖）的作用，以測量體積流量的儀表。超聲波流量計(jì)具有如下主要特點(diǎn)：被測流體中不插入任何元件，對流速無影響，也沒有壓力損失；能用于任何液體，特別是具有高黏度、強(qiáng)腐蝕，非導(dǎo)電性等性能的液體的流量測量，也能測量氣體的流量；對于大口徑管道的流量測量，不會因管徑大而增加投資；量程比較寬，可達(dá)5∶1；輸出與流量之間呈線性等。

由于這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，超聲波流量計(jì)的發(fā)展非常迅速，已經(jīng)成為常用的流量計(jì)之一，其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，具有相當(dāng)好的發(fā)展前景。

超聲波流量計(jì)的檢測原理包括兩種：時差法和多普勒法。目前，市場上zui常用的超聲波流量計(jì)為時差法超聲波流量計(jì)。多普勒法超聲波流量計(jì)由于對被測介質(zhì)要求較高，存在一定的局限性。下面就分別介紹這兩種超聲波流量計(jì)的檢測原理與選型應(yīng)用。

1 時差法超聲波流量計(jì)的工作原理

如圖1所示，為管道式安裝的超聲波流量計(jì)測量時的示意圖，可以清楚的表示出超聲波在傳感器探頭A和B之間的管道內(nèi)傳播的簡化幾何關(guān)系。其中，超聲波傳播的聲道與管道的軸線間夾角為β，管徑為D。

超聲波穿過管道如同渡船過河流，如果管道內(nèi)沒有液體流動，超聲波將以相同的速度向兩個方向傳播。當(dāng)管道中的流體流速不為零時，沿流動方向順流傳播的超聲波將加快速度，而逆流傳播的超聲波將變緩慢。因此，相對于沒有流體流動的情況，當(dāng)管道中存在流體流動時，順流傳播的時間tD將縮短，逆流傳播的時間tU將增長。根據(jù)這兩個傳播時間差，就可以計(jì)算出管道中流體流速。這就是時差法超聲波流量計(jì)的基本測量原理。

圖1 時差法超聲波流量計(jì)測量示意圖

在圖1中，有下面的關(guān)系成立：

（1）

（2）

將以上式（1）和式（2）聯(lián)立并解之，可得：

（3）

式中L—超聲波在還能器之間的傳播路徑長度，m；

X—聲道長度在管軸線的平行線上的投影長度，m；

tD，tU—超聲波順流傳播時間和逆流傳播時間，s；

C—超聲波在靜止流體中的傳播速度，m/s；

Vm—流體通過換能器之間聲道上的平均流速，m/s。

其實(shí)，式（3）中計(jì)算得到的流速還只是沿聲道傳播方向的流體速度的平均值。而用戶想知道的是管道橫截面上的平均流速V。由Vm計(jì)算V，一般會引入一個速度分布校準(zhǔn)系數(shù)Kc，即可得：

V=KcVm（4）

式中V—管道橫截面上的平均流速，m/s；

Vm—流體通過換能器之間聲道上的平均流速，m/s。

Kc—速度分布校準(zhǔn)系數(shù)。

Kc的數(shù)值主要取決于流體的雷諾數(shù)。如果聲道在通過管道軸線的平面內(nèi)，則由式（5）給出Kc的一個近似值：

（5）

式中ReD—流體的雷諾數(shù)；

對于充分發(fā)展的紊流，如果聲道不在通過管道軸線的平面內(nèi)（即傾斜的弦線），這Kc系數(shù)及它與雷諾數(shù)的關(guān)系都將不同。

2 多普勒法超聲波流量計(jì)工作原理

多普勒（效應(yīng)）法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量的。多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對運(yùn)動時，會引起聲波在頻率上的變化。這種頻率變化正比于運(yùn)動的目標(biāo)和靜止的發(fā)射換能器之間的相對速度。圖2是多普勒流量計(jì)測量時的示意圖。

圖2 多普勒法超聲波流量計(jì)測量示意圖

如圖2所示，超聲波流量計(jì)的傳感器探頭A和B安裝在管道外，其中A為發(fā)射探頭，B為接受探頭。A向流體發(fā)出頻率為fA的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中散射體懸浮顆粒或氣泡散射，散射的超聲波產(chǎn)生多普勒頻移fd，探頭B接收到頻率為fB的超聲波，可知：

（6）

式中V—散射體運(yùn)動的速度，m/s；

C—超聲波在靜止流體中的傳播速度，m/s；

θ—聲道角。

由于液體的聲速為1500m/s左右，被測流速僅僅為每秒數(shù)米，即C遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于V，由此式（6）可以簡化為：

（7）

多普勒頻移fd正比于散射體流動速度，即：

（8）

由式（8）可知，

（9）

多普勒超聲波流量計(jì)就是通過以上原理測量管道中流體流速的。

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