超声波流量计的测流原理介绍

2023年01月09日 11:53

  超声波流量计是利用超声波在液体中传播时遇到的介质,通过测量介质在流体中的声速来确定流体流量的一种流量测量仪表。

  超声波流量计采用了现代信号处理技术和计算机技术,使得传统流量计无法实现在线实时流量测量,只能是在生产现场对瞬时流量进行监测,而对于长期累计流量则无法实现,因此超声波流量计是目前测量流量最准确的仪表之一。

  本文就将以超声波时差法和多普勒法为例,介绍超声波流量计原理与设计方案。

  一、时差法

  当超声波在液体中传播时遇到水(无干扰),由于水速大于声速,使超声波与水的相互作用力小于声速,产生超声反射回波。

  其中:W=V/L=v/c式中:W表示信号到达的时间;V表示超声波在液体中传播的速度;c表示声速;v表示被测介质的流速。

  当超声波反射到换能器时,由于超声波在液体介质中的传播速度小于声速,产生了超声反射波。

  由上式可知,在超声波反射波到达换能器之前就已经存在了超声波的传播。

  若此时换能器与被测介质处于不同频率,则声时差法就是根据被测介质对声波振幅变化产生的响应来确定流量。

  二、多普勒法

  当超声波遇到目标物时,会使其发生反射,而反射波到达A点后再返回B点,则A、B两点的距离便发生了变化。

  超声波在发射出去后由于超声波的传播而使得反射波传播速度发生变化,于是便产生多普勒效应。

  在A、B两点间产生距离的改变,根据多普勒效应得到距离的变化与发射时间存在定量关系。

  该方法测量结果直观、可靠,可用于长期连续流测量和流量实时监测。

  三、时差法计算原理

  通过上述原理的分析,可以看出,超声波时差法测量流量时,需注意两个参数:信号传输频率和信号接收装置灵敏度。

  四、超声波流量计应用实例和特点

  超声波流量计主要应用于测量流量、液位、流速等。

  优点:1、系统设计简单,操作方便;2、可以检测出很小的流速和流量,不会出现堵塞;3、测量精度高,可满足现场需要;4、安装方便;5、维护简单。

  缺点:1、体积较大的流体如污水(或泥浆)无法安装到管道内;2、不能测量压力和温度变化较大的流体;3、测量范围小,最宽可达40m (最小可为10m);4、探头需要定期进行清洗。

  五、总结

  超声波流量计应用于流量测量是当今国内外的研究热点之一,其技术在不断的发展。

  超声波流量计由于采用的是现代信号处理技术和计算机技术,使得该仪表在很多方面都有了很大提高,特别是在工业自动化领域得到了广泛应用。

  超声波流量计一般可以分为时差法和多普勒法两种测量方式,但这两种方法各有优缺点,根据实际应用情况可以进行选择。

  超声波流量计安装时应注意周围环境,避免测量范围内的干扰和障碍物如管道、电缆和机械装置等可能对测量结果造成影响。

  在安装过程中一定要注意保护好超声波传感器,以免被破坏或受到其他干扰。

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