超声波流量计的工作原理

2023年01月04日 11:47

  超声波流量计是一种将超声波测距技术和电子技术结合起来的新型流量计。

  它具有体积小、测量精度高、灵敏度高且抗干扰能力强等特点,被广泛应用于工业流量测量领域,是一种重要的流量测量仪表。

  超声波流量仪分为两种类型:第一,由超声波换能器产生一个激励信号,它的信号频率为15 KHz;第二,信号在传播过程中与介质相接触产生一定的多普勒频移。

  这两种类型的超声波流量计都是利用超声波信号作为工作介质来测量流动介质流速、体积流量和单位体积流量(即流速、流量/小时)的仪表。

  一、测量原理

  超声波流量计主要由超声波换能器、信号处理模块、流量计算模块、显示输出隔离放大模块等部分组成。

  超声波换能器是利用超声的多普勒效应原理,在流体中传播时,如果遇到声源就会产生一种与介质相对的运动信号,该信号在传播过程中与流体发生相互作用形成脉冲波,这种作用会导致介质的流动状态发生变化,进而导致测量误差。

  超声波流量计由两部分组成:检测模块和数据处理模块。根据超声波换能器产生一个脉冲信号;根据多普勒效应原理,在测量管道上每经过一段距离便会与另一条直线重合形成一个周期,由此得到两条直线之间的距离;然后对该两条线上的流量进行计算和显示。

  数据处理模块则是用来记录和显示测量数据及结果。

  二、超声波换能器结构与工作原理

  超声波换能器由多个声源组成,通过这些声源可以产生声波。

  声元在超声波的传播过程中会发生谐振,从而使超声换能器工作频率发生变化。

  根据换能器振动的特点,我们可以将超声换能器结构简化为由若干个振动体组成的振子振动系统:通过把一根短弹簧作为动力传递给一根短的梁,梁将超声回波分成若干个振幅相等的、传播方向相反但频率不同的声波。

  当激励信号通过振子时,振子产生了一个向前运动并向后运动的力,该力使振子发生振动并在超声波作用范围内产生声耦合,引起超声波传播时间(即声能)的变化。

  三、换能器工作中的特点

  1.不受流体的冲刷和磨损;

  2.不会受到管道内壁金属材料和污垢的影响,对管道没有腐蚀;

  3.无机械惯性,因此也无需进行校准,也可以测量流速和流量;

  4.测量精度高,可以达到5%~10%。

  四、测量范围

  不同类型的超声波流量计在其测量范围内的有效口径是不一样的。

  一般为管道口径大小的2.5~6倍;

  但在工业领域,尤其是化工、石油和天然气等行业,管道口径越大测量范围越宽。

  例如用于工业生产过程中所使用的流量计就可以采用直径2.5米,或长度为5米。

  五、流量测量方式及特点:

  1.可测的流速范围:从0.3~12m/s。

  2.测量范围:流速范围0-300m/s。

  3.可测的管道直径:从DN50~DN1000。

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