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超声波流量计的工作原理

编辑:上海巨贯工业自动化设备有限公司时间:2022-05-19

  超声波流量计的工作原理:超声波在流动的流体中传播时,携带了流体速度的信息。因此,可以通过接收到的超声波来测试流体的流量,并将其转换成流量。超声波脉冲通过管道从一个传感器传到另一个传感器,就像渡船的船夫过河一样。当气体不流动时,声脉冲以相同的速度(声速,c)向两个方向传播。如果管道中的气体具有一定的速度V(速度不等于零),沿流动方向的声脉冲会传播得更快,而逆流动方向的声脉冲会传播得更慢。这样,下行传输时间tD将会更短,而上行传输时间tU将会更长。这里所说的更长或更短是与气体不流动时的传输时间相比较的;根据测试方法的不同,超声波流量计可分为不同类型,如传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法和相关法。超声波流量计是近十年来随着集成电路技术的飞速发展而开始应用的一种流量计。

  根据信号测试原理,超声波流量计可分为三种:传播速度差法(包括直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法和噪声法。其中,噪声法的原理和结构简单,易于测量和携带,价格低廉,但精度较低,适用于流量测量精度不高的场合。

  因为直接时差法、时差法、频差法、相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲的前后传播速度之差来反映流体速度的,所以也叫传播速度差法。其中,频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差,精度较高,因此应用广泛。根据换能器配置方式的不同,传播速度的不同可分为Z法(透射法)、V法(反射法)和X法(交叉法)。

  波束偏移法是利用超声波束在流体中传播方向随流体速度变化的偏差来反映流体速度的。低速时灵敏度低,适用性不大。

  多普勒法是基于声学多普勒原理,通过测量非均匀流体中散射体散射的超声波的多普勒频移来确定流体流量。适用于测量含有悬浮颗粒、气泡等的流体流量。

  相关法是利用相关技术测量流量。这种方法的测量精度原则上与流体中的声速无关,因此与流体的温度和浓度无关。因此,测量精度高,适用范围广。然而,相关器价格昂贵,电路复杂。随着微处理器的普及和应用,这个缺点是可以克服的。

  噪声法(监听法)是基于流体在管道中流动时产生的噪声与流体速度有关的原理,通过测试噪声来表示速度或流量值。方法简单,设备便宜,但精度低。

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