超聲波流量計原理分類及說明

一、根據(jù)對信號檢測的原理超聲流量計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)、多普勒法、相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。

　　時差法：超聲波流量計采用時差式測量原理,  一個探頭發(fā)射信號穿過管壁、介質(zhì)、另一側(cè)管壁后，被另一個探頭接收到，同時，第二個探頭同樣發(fā)射信號被第一個探頭接收到，由于受到介質(zhì)流速的影響，二者存在時間差Δt，根據(jù)推算可以得出流速V和時間差Δt之間的換算關(guān)系V=(C2/2L)×Δt，進(jìn)而可以得到流量值Q。時差法是應(yīng)用最廣泛的方式之一。

　　多普勒法：是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。

　　相關(guān)法：是利用相關(guān)技術(shù)測量流量，原理上，此法的測量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價格貴，線路比較復(fù)雜。

　　噪聲法：是利用管道內(nèi)流體流動時產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測噪聲表示流速或流量值。其方法簡單，設(shè)備價格便宜，但準(zhǔn)確度低。以上幾種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)被測流體性質(zhì)．流速分布情況、管路安裝地點(diǎn)以及對測量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。

　　一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時差法。只有在管徑很大時才采用直接時差法。多普勒法適于測量兩相流，可避免常規(guī)儀表由懸浮?；驓馀菰斐傻亩氯?、磨損、附著而不能運(yùn)行的弊病。

二、構(gòu)成：超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波流量計的電子線路包括發(fā)射、接收、信號處理和顯示電路。測得的瞬時流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實現(xiàn)了流量的檢測和顯示。超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔?，以便檢測。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。

三、優(yōu)點(diǎn)：超聲波流量計非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯(lián)動可進(jìn)行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量計，不用在流體中安裝測量元件，故不會改變流體的流動狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計。多普勒法超聲波流量計可測雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計測量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。

四、缺點(diǎn)：主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復(fù)雜。這是因為，一般工業(yè)計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是10－3數(shù)量級．若要求測量流速的準(zhǔn)確度為1％，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為10-5～10-6數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實現(xiàn)，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實際應(yīng)用的原因。

五、歐思圖測量儀器公司的超聲波流量計安裝步驟：

1：觀察安裝現(xiàn)場管道是否滿足直管段前10D后5D以及離泵30D的距離。（D為管道內(nèi)直徑）

2：確認(rèn)管道內(nèi)流體介質(zhì)以及是否滿管。

3：確認(rèn)管道材質(zhì)以及壁厚（充分考慮到管道內(nèi)壁結(jié)垢厚度）

4：確認(rèn)管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳鋼材質(zhì)，最好也采用插入式安裝。

5：前四步驟完成后可確認(rèn)使用何種傳感器安裝

6：開始向表體輸入?yún)?shù)以確定安裝距離。

7：非常重要：準(zhǔn)確測量出安裝距離。

（1） 外夾式可選安裝傳感器大概距離，然后微調(diào)傳感器以達(dá)到信號Q值和傳輸比

（2） 插入式專用工具測量管道上安裝點(diǎn)距離，這個距離很重要，它直接影響表的實際測量精度，所以最好進(jìn)行多次測量以求較高精度。

八、歐思圖測量儀器公司的超聲波流量計使用中常見問題：

1、 插入式超聲波流量計探頭使用一段時間，會出現(xiàn)不定期的報警。尤其是輸送介質(zhì)雜質(zhì)較多時，這種問題會較常見。解決辦法：定期清理探頭(建議三年清理一次，如果是北方，水質(zhì)比較差，可以一年清理一次)。

2、 超聲波流量計輸送介質(zhì)含有水等液體雜質(zhì)時，流量計引壓管容易產(chǎn)生積液，氣溫較低時會出現(xiàn)引壓管凍堵現(xiàn)象，尤其在北方地區(qū)冬季較常見。解決辦法：對引壓管進(jìn)行吹掃或加電伴熱

超聲波在傳播過程中，由于受介質(zhì)和介質(zhì)中雜質(zhì)的阻礙或吸收，其強(qiáng)度會產(chǎn)生衰減。不論是超聲波流量計還是超聲波物位計，對所接受的聲波強(qiáng)度都有一定要求，所以都要對各種衰減進(jìn)行抑制。