超声波流量计.ppt

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1、超声波流量计原理、结构、安装、维护和故障处理服务事业部蔺永强2012年4月14日超声波的基础知识周期：T=1/f；取决于声源；波长：λ=C*T;C——声速，取决于介质性质；举例：F=50KHz,T=0.02mS,λ=6.8mm(C=340m/s);F=1MHz,T=1μS,λ=1.5mm(C=1500m/s,常温水);声速：超声波在物质中的传播速度钢：C=5.95*103m/s;水：C=1557-0.0245(74-t2)，t为℃；T=0℃时，C=1423m/s;T=30℃时，C=1509m/s;空气：C=331.4(1+t/273)0.5,除此之外，还受湿度、成分

2、的影响。T=0℃时，C=331.4m/s;T=30℃，C=349.1m/s;声波在界面上的折射：类似于光的折射α1=α2=α介质的阻抗特性:Z=ρC；ρ——密度；C——速度；α1α2β⑥在垂直于界面入射时，声强反射系数：在垂直于界面入射时，声强透射系数：钢：Z=7800*5.95*103=4.64*107；水：（t=0℃），Z=1000*1423=1.423*106;空气：（t=0℃），Z=1.293*331.4=4.285*102;钢水界面：β=0.885，α=0.115；气水界面：β=0.9988，α=0.0012；α1α2β超声波在传播过程中的衰减：由于介质的

3、粘性而造成的衰减热传导造成的吸收衰减:由于介质的散射而造成的衰减声强：α固<α液<α气超声波在传播过程中的衰减：由于介质的粘性而造成的衰减热传导造成的吸收衰减:由于介质的散射而造成的衰减声强：α固<α液<α气超声波的指向性：Sinθ=1.22λ/D=1.22C*T/D=1.22C/fD，θ:主瓣半角(半扩散角)；D:晶片直径;f:超声波频率超声波用途：超声清洗、医学治疗、超声探伤、超声测距……θ超声波流量计工作原理超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器

4、，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，超声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样，顺流传输时间tD会短些，而逆流传输时间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；在同一传播距离就有不同的传输时间，根据传输速度之差与被测流体流速之间的关系测出流体的流速，从而测出流量。也就是说超声流量计是利用声速差计算流体速度，并以流体速度乘以面积计算体积流量。通常超声流量计的探头，即换能器与表体之间有一个入射角，从

5、60度到45度。超声波在一对探头之间传播，如果没有流体，也就是0流量的情况下，来回的传播时间是一样的，那么相当于流速为零。一旦有流体，则超声在一对探头之间来回的速度是不一样的。不管流体流向，都会产生声速差，如果设定一个方向为正常流向，那么正常声速应该是正数，如果声速差为负，则说明流向相反，也就是可以反向计量，两个方向的计量精度是一样的。超声流量计（以下简称USF）是通过检测流体流动时对超声束（或超声脉冲）的作用，来测量体积流量的仪表。我们主要针对用于测量封闭管道液体流量的USF。封闭管道用USF按测量原理分类有：①传播时间法；②多普勒效应法；③波束偏移法；④相关法；

6、⑤噪声法。我们将讨论用得最多的传播时间法和多普勒效应法的仪表。■传播速度差法（传播时间法）：由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同，传播速度差法又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大．多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流

7、体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器价格贵，线路比较复杂。在微处理机普及应用后，这个缺点可以克服。噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。以上几种方法各有特点，应根据被测流体性质、流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业生产中工质的温度