超声波流量计的工作原理
2023年11月21日 14:52
超声波流量计是利用声波在流体中的传播速度与流体体积和流量之间存在线性关系的原理来进行测量的,一般情况下,根据介质不同,流量计的使用范围也不同。超声波流量计有两种基本类型,一种是脉冲式,另一种是差压式。脉冲式超声波流量计具有测量精度高、线性度好、响应速度快等优点;差压式超声波流量计具有结构简单、安装方便、性能可靠、成本低等优点。目前市场上超声波流量计有:多普勒式、声波多普勒式和声波法等几种类型,下面我们主要介绍一下超声波流量计的工作原理。
一、脉冲式
脉冲式超声波流量计采用脉冲测距,可测量介质流速、温度和压力,并通过转换器将所测得的电信号转换为与之对应的流量计量单位。超声波流量计的脉冲式工作原理是:发射超声波在管道中传播,接收换能器接收到发射过来的超声波信号,并转换为相应的电信号。
二、声多普勒式
声学普勒式超声波流量计的工作原理:超声波通过换能器后,在介质中传播时,受到介质的影响,超声波会产生多普勒效应。多普勒效应是指,如果声波传播方向与移动的介质的运动方向一致,则声波将改变其频率,而与介质运动方向相反的声波将改变其频率。由于声波频率的改变,会使接收到的超声波信号发生变化。
在被测介质中流动的流体产生超声波脉冲时,每个脉冲代表一个声波周期,因此每一个脉冲代表一个声周期。由于介质中存在速度梯度,因此从发射到接收到反射信号的时间差可以计算出声波在介质中的传播速度。由于介质中存在流速梯度,因此测量流量时要考虑流速梯度。
三、声波多普勒式
声波多普勒式的工作原理是,在超声波流量计的发射和接收换能器之间安装了一个多普勒效应传感器,通过对超声波传感器发出的超声波信号进行分析,得出在一定条件下的多普勒频率,然后将计算出的频率与流体的流量进行比较,从而得出流体流量。该方法可以应用于测量低流速、小流量及大口径管道中的流量。
四、声波法
声波法比热法多加了一种气体密度计,即采用多普勒法原理,对流速进行测量。具体而言,声波法采用的是多普勒原理,通过测量声速来计算流量。而超声波流量计的工作原理则是采用了超声脉冲法。
声波法的优点在于精度高、响应速度快;缺点在于制造工艺复杂、成本较高。
超声脉冲法的基本工作原理是:当流体从上游流经超声波流量计时,在管壁上产生声波反射,换能器接收到这种反射信号后,将其转换成电脉冲信号,再由微处理器计算出流速和流量。
五、超声波传感器测量方法
超声波传感器的测量方法有两种:时差法和频率法。时差法又称为脉冲法或多普勒法,它是基于声波在两个流体界面上产生反射的时间差来计算流体的流速,在超声波流量计中,超声波传感器是由两个完全相同的超声波换能器组成,其中一个换能器以恒定频率发射超声波信号,另一个换能器以恒定频率接收超声波信号。当两个换能器在流体中产生反射时,由于两个换能器之间存在时间差,通过测量时差计算流量。
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