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流量計測量原理

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  一、定義

   

  超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。

   

   

  二、工作原理

   

  　　超聲波流量計根據(jù)對信號檢測的原理可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。

  　　超聲波流量計和電磁流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點，近年來它是發(fā)展迅速的流量計之一。

   

  1、時差法

   

   

  當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時間的變化正比于液體的流速，其關系符合下列表達式：
  

  

  其中

  θ為聲束與液體流動方向的夾角

  M 為聲束在液體的直線傳播次數(shù)

  D 為管道內徑

  Tup 為聲束在正方向上的傳播時間

  Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間

  ΔT=Tup –Tdown

   

  　　設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T1順方向，T2逆方向發(fā)射超聲波時，超聲波分別到達接收器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=2Lu/cc 由此可知，當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，進而可求出流量Q。利用這個原理進行流量測量的方法稱為時差法。此外還可用相差法、頻差法等。

   

   

  2、相差法原理

   

  如果超聲波發(fā)射器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或周期較長的脈沖列，則在順流和逆流發(fā)射時所接收到的信號之間便要產(chǎn)生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc 式中，w為超聲波角頻率。當測得▽O時即可求出u,進而求得流量Q。此法用測量相位差▽O代替了測量微小的時差▽t，有利于提高測量精度。但存在著聲速c對測量結果的影響。

   

   

  3、頻差法原理

   

  為了消除聲速c的影響，常采用頻差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f=[（c+u）/L]-[(c-u)/L]=2u/L 由此可知，只要測得▽f就可求得流量Q，并且此法與聲速無關。