超聲波流量測量技術(shù)研究

超聲波流量計的測量方法

 

超聲波流量計的主要測量方法有多普勒效應法和時差法·

 

2.1多普勒效應法

 

超聲波多譜勒流量計使用兩個換能器，一個傳感器總是用來發(fā)射，另一個總是用來接收.探頭緊貼流體管外發(fā)射的超聲波可以穿透致密的管壁散播在流體介質(zhì)中，當遇到介質(zhì)中隨波逐流的懸浮物、固體顆粒、汽泡，甚至非穩(wěn)狀態(tài)的漩渦、擾亂等，均會產(chǎn)生偏離發(fā)射頻率的反射波，這種頻率變化稱為多普勒效應，它與反射物的運動流速成正比.另一探頭接收到各點的反射波，經(jīng)過復雜的信號處理、動態(tài)頻譜分析和精度計算，就可得出管截面內(nèi)流體的流速，如圖1.由于采用了多普勒效應，被測流體管道中唯一可以改變反射波頻率的只有流體中反射物的運動速率，所以測量裝置及流量計基本不受管道材料、管徑、流體成分和濃度變化、溫度和壓力的影響，可實現(xiàn)高度的穩(wěn)定性和重復性.

 

2.2時差法

 

時差法流量計也利用兩個傳感器(或換能器)，每個換能器都有發(fā)射和接收的功能，超聲波聲脈沖能量通過管壁和流體以一定的已知角度在兩傳感器間傳播.超聲波聲脈沖在兩換能器間的傳播時間受流體流速的影響，從上游傳感器發(fā)向下游傳感器的聲速度由于流體而加速，而由下游傳感器發(fā)向上游傳感器的聲速度由于流體而受阻礙.上游和下游傳播時間的凈時間差與流速成正比，如圖2.由于時差法測量系統(tǒng)沒有內(nèi)在的慣性，所以時差法流量計具有很高的靈敏度，可以測量非常低的流速和流量.