超声波流量计

超声波流量计第1页，共16页，2023年，2月20日，星期四一、工作原理超声流量计是利用超声波在流体中的传播特性来实现流量测量的。是一种非接触式流量测量仪表。利用超声波测量流量的方法很多。根据对信号检测的方式的不同主要分为：1、多普勒法：利用多普勒效应确定流量。当声源与目标之间有相对运动，会引起声波在频率上的变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度。特点：简单，不接触测量介质，一般用于含有颗粒和气泡的液体或两相流流体的流量测量。第2页，共16页，2023年，2月20日，星期四2、波束偏移法：装于管道一侧的换能器发射的超声波垂直于流体流动方向。流体的流动使波束产生偏移，这个幅差与流速有关。特点：线路简单，一般用于准确度要求不高的高速流体测量中。3、传播速度法：根据超声波在流体中顺流与逆流传播的速度之差与流体流速有关的原理实现流体流量的测量。按照具体测量参数的不同又可分为：时间差法、相位差法、频率差法。第3页，共16页，2023年，2月20日，星期四相差法：检测△φ相位差。由于相位测量技术较复杂，实际应用较少。频差法：检测△f频率差。主要用于大口径测量。时差法：检测△t时间差。测量中小口径流量准确度高，应用广泛。在工业生产测量中应用传播速度法最为普遍。下面主要讨论传播速度法中时差法的原理和推导。第4页，共16页，2023年，2月20日，星期四时差法：利用声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原理来测量流体流量的。原理如下图所示：

第5页，共16页，2023年，2月20日，星期四根据运动学原理，利用流体传播超声的特性声波顺流传播速度为：C＋Vcosθ声波顺流传播时间为：t1=L／（C＋Vcos）声波逆流传播速度为：C－Vcosθ声波逆流传播时间为：t2=L／（C－Vcos）第6页，共16页，2023年，2月20日，星期四时间差为：△t＝t2－t1=L/（C-Vcosθ）－L/（C+Vcosθ）＝2LVcosθ／（C2－V2cos2θ）由于C>>V，故V2cos2θ可以忽略不计

则：△t＝2VLcosθ/C2

即：流体流速V＝△t

C2/（2Lcosθ）第7页，共16页，2023年，2月20日，星期四从式（1）可以看出，从发生器发出的超声波传到接收器的速度变化与管路内的流体流速成正比。据此把管道参数置入仪器，采集数据经变换器变换即得到瞬时流量，并得累计流量。第8页，共16页，2023年，2月20日，星期四二、结构：超声波流量计由超声波换能器、电子线路和流量显示三部分组成。根据超声波换能器使用不同可分为：可以分为外贴式、插入式、管段式三种超声波流量计。1、外贴式外贴式超声波流量计是生产最早，用户最熟悉且应用最广泛的超声波流量计，安装换能器无需管道断流，即贴即用，它充分体现了超声波流量计安装简单、使用方便的特点。第9页，共16页，2023年，2月20日，星期四2、管道式：某些管道因材质疏、导声不良，或者锈蚀严重，衬里和管道内空间有间隙等原因，导致超声波信号衰减严重，用外贴式超声波流量计无法正常测量，所以产生了管段式超声波流量计。

管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一体，解决了外贴式流量计在测量中的一个难题。而且测量精度也比其它超声波流量计要高，但同时也牺牲了外贴式超声波流量计不断流安装这一优点，要求切开管道安装换能器。第10页，共16页，2023年，2月20日，星期四3、插入式插入式超声波流量计介于上述二者中间。在安装上可以不断流，利用专门工具在有水的管道上打孔，把换能器插入管道内，完成安装。由于换能器在管道内，其信号的发射、接受只经过被测介质，而不经过管壁和衬里，所以其测量不受管质和管衬材料限制。第11页，共16页，2023年，2月20日，星期四三、特点安装维修方便，直接安装于管道上，不需设置专门的流量井和太大的安装空间通用性好，与口径无关测量范围广，不受流体物理性质、化学性质的影响，可以对任何流体进行测量；测量方式多，非接触式，可对不易接触和观察的流体进行测量；测量简便，指示读数与所测流体流量成线性函数，便于流量的直接读数、记录和累计；可以将转换器与标准工业控制计算机相连接，更方便地对流量计进行控制，对数据进行各种操作，如读取、存储、打印、分析等。第12页，共16页，2023年，2月20日，星期四四、安装方式（1）直接透过法，又称Z法，主要适用于流体以管轴为对称轴沿管轴平行流动的情形。Z方式安装的换能器超声波信号强度高，测量的稳定性也好。D＞300mm第13页，共16页，2023年，2月20日，星期四（2）反射法，又称V法，V法安装超声波信号行程增加一倍。适用于小管径，管道条件好的流量测量。第14页，共16页，2023年，2月20日，星期四（3）交叉法，又称X法，同V法，是V法的变形。安装距离受限制时。第15页，共16页，2023年，2月20日，星期四外夹式超声波流量计安装方法①准确输入各项参数，计算安装距离；②按照安装位置将管道打磨干净，不能有油漆或污物；打磨面积约为探头的3倍。③将探头发