超声波测流量

　　1　超声波测流量的优点

　　利用超声波测量液体和气体的流速和流量,很早就有人研究过.过去限于技术水平,一直没有很大发展.最近几十年由于电子技术的进步,超声波流量计获得实际应用,而且日益完善.与经典的流量计相比,超声波流量计具有下述优点:

　　(1)超声波流量计能制成非接触式,可对不易接触和观察的流体进行测量.

　　(2)超声波流量计不受流体物理性质和化学性质的影响,诸如流体的粘性、导电性、混浊性及腐蚀性等均不妨碍超声波流量计的应用.

　　(3)超声波流量计的指示读数与所测流体的流量成线性关系,便于流量的直接读数、记录和流量累积

　　2　主要测量方法

　　超声波流量计常用的方法为传播速度差法、多普勒法等.传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法.其基本原理都是测量超声波脉冲顺流和逆流时速度之差来反映流体的流速,从而测出流量.

　　(一)速度差法

　　(1)时差法

　　时差法测量流体的原理如图1所示.它利用声波在液体中传播时声波因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量.

　　设静止流体声速为c,流体流动速度为v.把一组传感器P1,P2与管道轴线安装成θ角,传感器的距离为L.从P1到P2顺流发射时,声波传播时间t1为

　　从P1到P2逆流发射时,声波的传播时间t2为

　　一般c v,则时差为

　　根据上式可求出速度v,再求出流量Q.所以测定Δt即可求出v和Q.

　　(2)相位差法

　　式(3)中,v受c的影响大,c又受温度、湿度、液体中的含砂量的影响.此外,Δt的量级很小,约为10-8～10-9秒,测量Δt要复杂的电子仪器.所以常采用测量连续超声波在顺流和逆流传播时接收信号之间的相位差,简称相差法.设连续波的角频率为ω,则

　　因此,测出Δφ即可求出v,Q.

　　(3)频差法

　　频差法超声流量计是在直接时差法和相差法的基础上发展起来的.在被测流体内由两对超声波发射器和接收器组成两个通道,一个通道按顺流方向发射超声波,另一个通道按逆流方向发射超声波.

　　设顺流发射时,接收的声波频率为f1,即

　　逆流发射时,接收的声波频率为f2,即

　　测出Δf,则可测出v,Q.

　　式(7)与(3)、(4)的重要区别在于以前的二式中含有声速c,而此式中没有.声速c与传播介质的温度有关,因此当被测介质温度变化时必然引起测量误差.所以按式(7)的频差法测速比时差法和相差法更佳.