超声波流量计的测流原理及其应用研究

1、超声波流量计的测流原理及其应用研究利用超声波脉冲测量流体流量的技术进展很快。基于不同原理，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继浮现，其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门，正日趋成为测流工作的首选工具。2 超声波流量计的测量原理超声波流量计常用的测量办法为传扬速度差法、多普勒法等。传扬速度差法又包括挺直时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量；多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。2.1 时差法测量原理时差法测量流体流量的原理1所示。它利用声波在流体中传扬时因

2、流体流淌方向不同而传扬速度不同的特点,测量它的顺流传扬时光t1和逆流传扬时光t2的差值,从而计算流体流淌的速度和流量。以上各式中：d为垂直于水流方向上两换能器之间水平投影的距离，为声道数，s为两声道之间的过水断面面积。2.2 多普勒法测量原理多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。超声波发生器为一固定声源，随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。入射声波与反射声波之间的频率差就是因为流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。因为这个频率差正比于流体流速，所以通过测量频率差就可以求得流速，进而可以得到流体流量，3。式(11)、

3、(12)是按单个颗粒考虑时，测得的流体流速和流量。但对于实际含有大量粒群的水流，则应对全部频移信号举行统计处理。超声波多普勒流量计的换能器通常采纳收发一体结构，见图4。换能器接收到的反射信号只能是发生器和接收器的两个指向性波束重叠区域内颗粒的反射波，这个重叠区域称为多普勒信号的信息窗。换能器所收到的信号就是由信息窗中全部流淌悬浮颗粒的反射波的叠加，即信息窗内多普勒频移为反射波叠加的平均值。由上可知，该流量计测得的多普勒频移信号仅反映了信息窗区域内的流体速度，因此要求信息窗应位于管渠内临近平均流速的部位，才干使其测量值反映管渠内流体的平均流速。3 超声波流量计的分类3.1 按照超声波声道结构类型

4、可分为单声道和多声道超声波流量计单声道超声波流量计是在被测管道或渠道上安装一对换能器构成一个超声波通道，应用比较多的换能器是外夹式和插入式。单声道超声波流量计结构容易、用法便利，但这种流量计对流态分布变幻适应性差，测量精度不易控制，普通用于中小口径管道和对测量精度要求不高的渠道。多声道超声波是在被测管道或渠道上安装多对超声波换能器构成多个超声波通道，综合各声道测量结果求出流量。与单声道超声波流量计相比，多声道流量计对流态分布变幻适应能力强，测量精度高，可用于大口径管道和流态分布复杂的管渠。3.2 按照超声波流量计适用的流道不同可分为管道流量计、管渠流量计和河流流量计管道流量计普通是指用于有压管道的流量计，其中也包括有压的各种外形断面的涵洞，这种流量计普通是通过一个或多个声道测量流体中的流速，然后求得流量。用于管渠的超声波流量计除了要具有测流速的换能器以外，还需要有测水位的换能器，按照测得的流速和水位求得流量。用于管渠的流量计普通含有多个测速换能器(由声道数打算)和一个测水位换能器。多数河流超