JR超聲波流量計測量原理分析及應(yīng)用與發(fā)展—杭州晶銳儀器儀表有限公司

來源：杭州晶銳|發(fā)布時間：2020-08-26| 瀏覽數(shù)：載入中...

超聲波流量計是一種非接觸式儀表。1928年，德國人成功研制了第一臺超聲波流量計。70年代，超聲波流量計的使用范圍還僅局限于測量液體，當(dāng)時市場上主要以孔板流量計為主。

 近年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，再加上超聲波流量計體積小、測量范圍大、安裝簡便、免維護(hù)、零壓損及始動流量低等優(yōu)點，所以它才開始廣泛應(yīng)用并且相關(guān)的研究也變的越來越多。

l998年，ISO發(fā)布了《用時間傳播法超聲流量計測量封閉管道內(nèi)的流體流量》，2001年我國制訂了GB／T 18604—2001《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于傳播時間差法氣體超聲波流量計，管道的公稱直徑等于或大于l00mm，壓力不低于0.1MPa。這些標(biāo)準(zhǔn)對促進(jìn)氣體超聲波流量計的發(fā)展起到了很大作用。

超聲波流量計是通過超聲波在流動流體中的傳播，承載流體流速信息，將信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成流量信息。下面具體介紹時差式、多普勒、非滿管這三種超聲流量計計算時的原理差別。

時差式超聲波流量計是目前應(yīng)用最廣泛的，氣體的流速與聲速無關(guān)，只與超聲波的聲程長度、流體流動方向與超聲波傳播方向的夾角和超聲波在氣體中傳播的時間有關(guān)。超聲波流量計有很高的計量精度。

設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動的速度為u，傳播距離為L，當(dāng)聲波與流體流動方向一致時（即順流方向），其傳播速度為c+u；反之，傳播速度為c-u.在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。當(dāng)T1順方向，T2逆方向發(fā)射超聲波時，超聲波分別到達(dá)接收器R1和R2所需要的時間為t1和t2,則t1=L/(c+u) t2=L/(c-u)。

由于在工業(yè)管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時間差為▽t=t2-t1=2 Lu/cc  由此可知，當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時，只要測出時間差▽t即可求出流速u，進(jìn)而可求出流量Q，利用這個原理測量流量的方法稱為時差法。

時差式超聲波流量計由于精度高，換能器簡單，不影響流體流動形態(tài)而被廣泛應(yīng)用在水務(wù)公司、石油化工、冶金、鋁廠、造紙、制藥廠、發(fā)電廠、熱電廠等不同的行業(yè)。多普勒型是利用相位差法測量流速，即某一已知頻率的聲波在流體中運(yùn)動，由于液體本身有一運(yùn)動速度，導(dǎo)致超聲波在兩接收器（或發(fā)射器）之間的頻率或相位發(fā)生相對變化，通過測量這一相對變化就可獲得液體速度。

多普勒法超聲波流量計依靠水中雜質(zhì)的反射來測量水的流速，因此適用于雜質(zhì)含量較多的臟水和漿體，如城市污水、污泥、工廠排放液、雜質(zhì)含量穩(wěn)定的工廠過程液等，而且可以測量連續(xù)混入氣泡的液體。

但是根據(jù)測量原理，被測介質(zhì)中必須含有一定數(shù)量的散射體，否則儀表就不能正常工作。

超聲波在傳播路徑上如遇到微小固體顆粒或氣泡會被散射，因為用時差法測量含有這類東西的流體時就不能很好地工作，時差式只能用來測量比較潔凈的流體，而多普勒法卻是利用超聲波被散射這一特點工作的。

超聲波流量計可以輕松地適用于大尺寸的管道。事實上，用于天然氣流量測量的超聲波流量計最適合6英寸及更大的管道。為了測量大管道中的天然氣流量，例如20、30和36英寸管道，可能需要不止一個的孔板流量計。在這些情況下，流體有時會被轉(zhuǎn)移到一組較小的管道中，以達(dá)到測量的目的。這也是為什么超聲波流量計可以代替多達(dá)十個孔板流量計。