超声波流量计的应用领域与时差法超声波流量计原理及应用案例

来源: 浏览 : 发布时间:2021-10-14 10:14:13

超声波流量计主要用于气体、液体和蒸汽的体积流量测量,在冶金、化工、食品加工、标准计量等领域有着广泛的应用。超声波流量计已有几十年的历史,在原理上主要利用多普勒效应法和时差法。多普勒效应法需要流体中含有反射物质,主要应用于两相流体的检测,此处主要探讨时差法检测。

  1 时差法原理

  超声波有两个重要的特性:定向性,它频率高且短,可以象光波一样沿直线传播;可以在气体、液体、固体中传播。所以大部分流体介质都能用超声波原理检测。它的测量方法可简单比喻为在河流上渡船摆渡的过程,顺流摆渡渡船到达对岸所需的时间要比逆流的少。河流的流速越大,顺流的速度越快,而逆流所需的时间越长。顺流和逆流所需时间的时间差直接与河流的流速有关。在超声波流量计中超声波好比渡船,河流流速等于流体的流速。电声变换器发送和接受的短促声脉冲信号穿过管道中流动的介质。两个变换器分别安装在纵向有偏移的测量管道两侧。这时超声波顺流和逆流传播的时间差与流体的流速成正比。时差法原理如图1所示。

  1.1 基本原理

  在直型管道中由发送器(S)以与流动方向成锐角的方式发射穿过流动气体或液体的超声波,并用一个接收器(E)接收信号。

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  图1 时差法原理

  在静态液体中,从发送器到接收器超声波运动的速度为c,液体流动的速度为υ,在观察点O处流动速度υ在超声波运动方向上的速度分量是Vα,在流动液体中与此相应的超声波速度为:

  c1=c+Vα=c+cosα

  如果把发送器和接收器互换,那么速度分量的方向与超声波运动方向相反,超声波的速度为:

  c2=c-Vα=c-cosα

  当测量距离l已知时,由在测量距离l上的流体平均速度来确定测量时间t1。该时间是顺流时超声波运行距离l所需的时间。但是超声波速度与液体的温度有关,为了补偿温度对测量结果的影响,必须在顺流和逆流两个方向上同时发射超声波,以便同时考虑加以计算。


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