时差式超声流量计新测量方法——-环鸣法的研究

　　流量测量方法和仪表的种类繁多， 分类方法也很多。 迄今为止， 可供工业用的流量仪表种类达60余种，品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。 这60余种流量仪表， 每种产品都有它特定的适用性， 也都有它的局限性。 本文通过对超声流量计传播时间法原理的分析， 找出测量时间差所存在的问题，提出了新的测量方法———环鸣法的研究方向。

　　一、传播时间法基本原理

　　封闭管道用超声波流量计按其测量原理分类有传播时间法、多普勒效应法、波束偏移法、相关法等。本文将详细介绍传播时间法。 超声波在流体中传播时，与声波在静止流体中传播的速度相比，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则会减小，同一传播距离就有不同的传播时间。 利用传播时间之差与被测流体流速之间的关系求得流速，称之传播时间法。 通过接收穿过流体的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。 根据时差的表现形式不同可以分为时差法、相位差法和频差法。

　　如图1所示，两个换能器固定在输液管道的同一侧，声波从换能器T1发出。经过输液管道另一侧的内壁，反射到接收换能器T2。两个换能器也可以固定在输液管道的上下两侧，声波由换能器T1发出，直接传播到换能器T2。如图1 所示，换能器T1、T2是安放在输液管道的同一侧的。 发射和接收的振子，密封在换能器的腔体里，其辐射面与端面成一个角度(θ1)，腔体里用透声材料填充。 由于换能器中的填充材料、管道的材料、管道中流体的材料不同，它们的声速也不同， 因此， 声波传播到介质表面处将有折射(例如折射角θ2、θ3)。 流量计在工作时，换能器T1、T2是轮流做发射和接收的。 因为管中的液体是流动的，声波由T1传到T2(正程)再由T2传到T1(逆程)的传播时间是不相同的。正程、逆程两个传播时间的差反映着液体的流速、流量。

　　以换能器T1为例。 声波由A到B再传到C，在这一段声的传播过程中，因为没有流体参与，传播时间是固定不变的。 在这里，把声波在换能器填料、管壁中传播时间记为t延。 在寻找“正程”、“逆程”之间的时间差时，不必考虑这些不变的量(t延)，只考虑在液体中传播的正程、逆程的传播时间差就可以了。 由于工艺和测量环境的不同，两个换能器的t延也有所不同，在计算流量的时候，这个时间差应该去掉。

　　设D———输液导管内径、D———壁厚、v流———液体流动速度、v介———液体的声速、θ3———折射角、t正———声波由T1到T2的传播时间、t逆———声波由T2到T1的传播时间。