1、超聲波流量計(jì)的概述
在工業(yè)界，超聲波流量計(jì)用于氣體、液體和蒸汽的體積流量測(cè)量已有幾十年的歷史。在原理上，它可用2種方法進(jìn)行測(cè)量:多普勒效應(yīng)方法和時(shí)差測(cè)量方法。
1)多普勒效應(yīng)方法
這種方法需要流體中含有反射物質(zhì)。由于在流體中反射物質(zhì)的反射性能不穩(wěn)定，到目前為止，這種方法僅能在少數(shù)場(chǎng)合得到應(yīng)用。
2)時(shí)差測(cè)量方法
這種方法在工業(yè)界應(yīng)用已有30年歷史。它具有精度高和可靠性好的特點(diǎn)。除了測(cè)量體積流量之外，同時(shí)還能導(dǎo)出超聲波在被測(cè)流體中的傳播速度。
它的測(cè)量方法可簡(jiǎn)單比喻為在河流上渡船擺渡的過(guò)程，順流擺渡渡船到達(dá)對(duì)岸所需的時(shí)間要比逆流的少。
河流的流速越大，順流的速度越快，而逆流所需的時(shí)間越長(zhǎng)。順流和逆流所需時(shí)間的時(shí)間差直接與河流的流速有關(guān)。在中超聲波好比渡船，河流流速等同于流休的流速。電聲變換器發(fā)送和接收的短促聲脈沖信號(hào)穿過(guò)管道中流動(dòng)的介質(zhì)。2個(gè)變換器分別安裝在縱向有偏移的測(cè)量管道兩側(cè)。這時(shí)超聲波順流和逆流傳播的時(shí)間差與流體的流速成正比。
2、超聲波流量計(jì)的性能和特點(diǎn)
超聲波流量計(jì)在無(wú)接觸的情況下借助超聲波的傳播對(duì)液體和氣體的流量進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量原理以超聲波時(shí)差方法為基礎(chǔ)。
儀器裝置包括雙或多聲道測(cè)量通道的一體式儀器以及把超聲波探頭直接焊接或夾持在管道上的分體式儀器。管道的尺寸從DN25到DN3000 (1"一120")。相應(yīng)的流量測(cè)量范圍為1m3/h～450000m3/h。新的流量計(jì)采用5聲道測(cè)量形式，它可精確確定流速分布形式和提高測(cè)量精度。變送器采用微處理器和貼片技術(shù)。所有功能和運(yùn)行參數(shù)都可由程序加以設(shè)置。
超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)是:
·能測(cè)量大多數(shù)液體（如液體流量計(jì)）和氣體的介質(zhì);
·測(cè)量精度高，所測(cè)流量與粘度、溫度、壓力和導(dǎo)電率等因素?zé)o關(guān);
·側(cè)量的線性特性好(計(jì)時(shí)時(shí)間差正比于流速);
·管道截面無(wú)需縮小;
·由于管道中無(wú)阻擋物，因此無(wú)附加的壓力損耗;
·能采用流過(guò)的介質(zhì)體積量對(duì)流量計(jì)直接進(jìn)行標(biāo)定;
·時(shí)間分辨率高(計(jì)時(shí)時(shí)間小于1ms);
·方向識(shí)別(正、負(fù)計(jì)時(shí)時(shí)間差);
·通過(guò)測(cè)量能得到有關(guān)材料性能或成分的附加信息(無(wú)流動(dòng)流體影響的聲速測(cè)量);
·低功耗(使用微控制器);
·性能價(jià)格比合理;
3、超聲波流量計(jì)的應(yīng)用范圍
根據(jù)至今為止的應(yīng)用實(shí)例可以看出，大部分流體介質(zhì)都可使用超聲波流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。應(yīng)用范圍從原來(lái)的污水（污水流量計(jì)）測(cè)量擴(kuò)展到天然氣、空氣、甲烷、氮?dú)?、氨氣、汽油、天然氣、空氣、磷酸和重油的測(cè)量;甚至還可以測(cè)量氮?dú)?、純凈水和油水混合物等。另外，在石化精煉廠中，剩余氣體的燃燒優(yōu)化需要用超聲波時(shí)差方法測(cè)量流量，同時(shí)用超聲波傳播速度和其他一些測(cè)量結(jié)果來(lái)確定被測(cè)氣體的分子重量。
但是，超聲波不能在真空中傳播。傳感器之間超聲波傳播的前提條件是被測(cè)氣體至少應(yīng)具有所規(guī)定的最小密度。而且，在使用超聲波流量計(jì)測(cè)量液體流量時(shí)，液體內(nèi)氣體和固體的含量不能超過(guò)一定的限制，主要是阻尼作用(超聲波遇到干擾物質(zhì)產(chǎn)生反射)太大。超聲波傳感器不能應(yīng)用的場(chǎng)合有:
·液體中氣泡的體積含量大于1%;
·液體中固體粒子的體積含量大于5%;
·每米測(cè)量管道口徑的粘度大于100x10`4kg·s/m2擴(kuò)的液體。
如同管風(fēng)琴聲管的音叉或口琴的音叉那樣，管道中的阻擋部件(如閥門(mén)的閥心)能產(chǎn)生超過(guò)100kHz頻率范圍的高頻聲平信號(hào)。為了減小阻擋部件對(duì)超聲波測(cè)量的影響，必須采用無(wú)于擾的入口引導(dǎo)直通管道，但由于氣體與管壁的摩擦，該段管道也會(huì)產(chǎn)生氣流的損耗。
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