超聲波流量計的測量原理

2013年12月09日 14:20金湖力科儀表有限公司點擊量：1658

　　超聲波流量計的測量原理
　　
　　近幾年來，隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和聲楔材料等技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快。基于不同原理，適用于不同場合的各種形式的超聲波流量計已相繼出現(xiàn)，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到工農(nóng)業(yè)、水利、水電等部門，正日趨成為測流工作的工具。
　　
　　2超聲波流量計的測量原理超聲波流量計常用的測量方法為傳播速度差法、多普勒法等。傳播速度差法又包括直接時差法、相差法和頻差法。其基本原理都是測量超聲波脈沖順?biāo)骱湍嫠鲿r速度之差來反映流體的流速，從而測出流量；多普勒法的基本原理則是應(yīng)用聲波中的多普勒效應(yīng)測得順?biāo)骱湍嫠鞯念l差來反映流體的流速從而得出流量。
　　
　　2.1時差法測量原理時差法測量流體流量的原理如圖1所示。它利用聲波在流體中傳播時因流體流動方向不同而傳播速度不同的特點,測量它的順流傳播時間t1和逆流傳播時間t2的差值,從而計算流體流動的速度和流量。圖1超聲波流量計測流原理圖設(shè)靜止流體中聲速為c，流體流動速度為v，把一組換能器P1、P2與管渠軸線安裝成θ角，換能器的距離為L。從P1到P2順流發(fā)射時，聲波傳播時間t1為：從P2到P1逆流發(fā)射時，聲波的傳播時間t2為：一般c>>v，則時差為：單聲道測試系統(tǒng)只適用于小型渠道水位和流速變化不大的場合。大型渠道水面寬、水深大，其流速縱橫變化也較大，須采用多聲道超聲波測流才能獲得準(zhǔn)確的流量值，見圖2。應(yīng)用公式（5）、（6）可測得流量Q。以上各式中：d為垂直于水流方向上兩換能器之間水平投影的距離，為聲道數(shù)，S為兩聲道之間的過水?dāng)嗝婷娣e。圖2多聲道超聲波流量計測流原理圖
　　
　　2.2多普勒法測量原理多普勒法測量原理，是依據(jù)聲波中的多普勒效應(yīng)，檢測其多普勒頻率差。超聲波發(fā)生器為一固定聲源，隨流體以同速度運(yùn)動的固體顆粒與聲源有相對運(yùn)動，該固體顆粒可把入射的超聲波反射回接收器。入射聲波與反射聲波之間的頻率差就是由于流體中固體顆粒運(yùn)動而產(chǎn)生的聲波多普勒頻移。由于這個頻率差正比于流體流速，所以通過測量頻率差就可以求得流速，進(jìn)而可以得到流體流量，如圖3。圖3多普勒超聲波流量計測流原理圖當(dāng)隨流體以速度v運(yùn)動的顆粒流向聲波發(fā)生器時，顆粒接收到的聲波頻率f1為：因此，聲波接收器和發(fā)生器間的多普勒頻移Δf為：以上各式中：θ為聲波方向與流體流速v之間的夾角，f0為聲源的初始聲波頻率，c為聲源在介質(zhì)中的傳播速度。若c>>vcosθ則式（11）、（12）是按單個顆粒考慮時，測得的流體流速和流量。但對于實際含有大量粒群的水流，則應(yīng)對所有頻移信號進(jìn)行統(tǒng)計處理。

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