JR超聲波流量計(jì)測(cè)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(shí)間：2020-08-26| 瀏覽數(shù)：載入中...

超聲波流量計(jì)是一種非接觸式儀表。1928年，德國人成功研制了第一臺(tái)超聲波流量計(jì)。70年代，超聲波流量計(jì)的使用范圍還僅局限于測(cè)量液體，當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上主要以孔板流量計(jì)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(jì)體積小、測(cè)量范圍大、安裝簡(jiǎn)便、免維護(hù)、零壓損及始動(dòng)流量低等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)間傳播法超聲流量計(jì)測(cè)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(jì)測(cè)量天然氣流量》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于傳播時(shí)間差法氣體超聲波流量計(jì)，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(duì)促進(jìn)氣體超聲波流量計(jì)的發(fā)展起到了很大作用。

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

時(shí)差式超聲波流量計(jì)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(dòng)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(shí)間有關(guān)。超聲波流量計(jì)有很高的計(jì)量精度。

設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動(dòng)的速度為u，傳播距離為L，當(dāng)聲波與流體流動(dòng)方向一致時(shí)（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(shí)，超聲波分別到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)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(shí)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(shí)，只要測(cè)出時(shí)間差▽t即可求出流速u，進(jìn)而可求出流量Q，利用這個(gè)原理測(cè)量流量的方法稱為時(shí)差法。

時(shí)差式超聲波流量計(jì)由于精度高，換能器簡(jiǎn)單，不影響流體流動(dòng)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(cè)量流速，即某一已知頻率的聲波在流體中運(yùn)動(dòng)，由于液體本身有一運(yùn)動(dòng)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(duì)變化，通過測(cè)量這一相對(duì)變化就可獲得液體速度。

多普勒法超聲波流量計(jì)依靠水中雜質(zhì)的反射來測(cè)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(cè)量連續(xù)混入氣泡的液體。

但是根據(jù)測(cè)量原理，被測(cè)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(huì)被散射，因?yàn)橛脮r(shí)差法測(cè)量含有這類東西的流體時(shí)就不能很好地工作，時(shí)差式只能用來測(cè)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(diǎn)工作的。

超聲波流量計(jì)可以輕松地適用于大尺寸的管道。事實(shí)上，用于天然氣流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)最適合6英寸及更大的管道。為了測(cè)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(gè)的孔板流量計(jì)。在這些情況下，流體有時(shí)會(huì)被轉(zhuǎn)移到一組較小的管道中，以達(dá)到測(cè)量的目的。這也是為什么超聲波流量計(jì)可以代替多達(dá)十個(gè)孔板流量計(jì)。