任务五 超声波流量计

项目四

流量传感器

任务5

超声波流量计知识目标：1.了解超声波流量计的工作原理；2.了解超声波流量计结构及应用；3.了解超声波流量计的安装要求。能力目标：1.能分辨出外贴式、管道式、插入式超声波流量计；2.知道超声波工作原理。素质目标：1.培养多角度分析问题和解决问题的能力；2.树立最优化解决问题的思想，鼓励倡导合作学习的精神。任务5

超声波流量计一.超声波流量计工作原理1.工作原理超声波流量计采用基本的声波传播时间法，两个传感器发射和接收具有时间标志的声波脉冲。零流量时，声波在两个传感器之间往返的时间是完全相同的。液体开始流动时，顺流方向的传播时间较短，而逆流方向的传播时间较长。通过测量上述顺流和逆流的时间差，来确定管道内流体的流量，如图4-5-1所示。图4-5-1任务5

超声波流量计2.原理分类工作现场一般用封闭管道来运输流体。封闭管道用超声波流量计按测量原理分类有传播时间法、多普勒效应法、波束偏移法、相关法、噪声法。我们将讨论用得最多的传播时间法和多普勒效应法的仪表。传播速度差法（传播时间法）：基本原理是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的。按照换能器的配置方法不同，传播速度差法又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。任务5

超声波流量计3.特点（1）优点工作原理简单；重复性好，测量精度高，线性好；量程比大，一般为1:20，甚至更高；不受气体压力、温度或气体组分变化的影响；测量管径大，最大测量管径可达10m；无可动部件，无压力损失，坚固耐用。（2）缺点价格昂贵，只适用于大、中口径；对上下游直管段长度有要求；结构较为复杂，故障排除较困难，抗干扰性较差，对安装的要求十分严格。任务5

超声波流量计二.超声波流量计的结构、安装与应用1.结构超声波流量计组成：超声换能器（或由换能器和测量管组成的超声流量传感器）＋转换器。转换器在结构上分：固定盘装式和便携式。换能器和转换器之间由专用信号传输电缆连接，在固定测量的场合需在适当的地方装接线盒。转换器接收超声换能器的信号，且具有处理测量信号和显示、输出及记录测量结果等功能。任务5

超声波流量计超声波换能器是一种能量转换器件，如图4-5-3所示。它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗掉很少的一部分功率（小于10%）。超声波探头中的换能器常用压电晶片来制作，压电晶片的振动频率就是探头的工作频率，主要取决于晶片的厚度和超声波在晶片材料中的传播速度，如图所示为超声波流量计接线方式。任务5

超声波流量计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，如图4-5-4所示。（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。任务5

超声波流量计（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。任务5

超声波流量计（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。任务5

超声波流量计2.安装（1）超声波流量计在现场安装前，必须将其送到法定计量检定部门进行实流标定，以确定或核对其精度，出厂报告仅作参考使用，如图4-5-5所示。（2）应注意调整超声流量计的测量声道的安装方位，使超声波在管内壁的反射点都不在管道的底部。这种安装要求可以防止在管道底部可能聚集的液体或脏污所引起的超声信号的衰减和潜在的失去测量结果的危险。任务5

超声波流量计（3）温度变送器安装在流量计下游直管段的2D至5D的范围以内，垂直开孔安装插入测温元件（D为流量计的公称通径）。（4）前、后直管道与流量计表体内径