超声波用于气体和流体的流速测量有许多优点。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来,由于电子技术的发展,电子元气件的成本大幅度下降,使得超声波流量仪表的制造成本大大降低,超声波流量计也开始普及起来。经常有读者回询问有关超声波流量测量方面的问题。作为普及,我们将陆续撰写一些专题文章,来介绍一些相关知识,以便推广和普及超声波流量技术的普及和提高。本文主要介绍目前最为常用的测量方法:时差法超声波流量计的原理和设计。
在超声波流量计的应用中,发射、接收两换能器沿轴线的安装距离;流量计仪表系数的定义和确定方法是必须了解的。
(1)发射、接收两换能器的轴向安装距离:为使发射换能器发出的声波能较完全地被接收换能器收到,必须正确选择两换能器在管壁上的安装位置,两换能器之间的轴向距离与在管壁中和管道内的声线与管轴的法线夹角有关,并与管壁厚度和管道直径无关,若能得到声波在管壁中的传播速度和在被测介质中的声速,就可以利用折射定律求得上述两个夹角。
(2)仪表常数:超声波流量计(频差法)得到的测量信号是经过一定倍频的循环频率差B△f,B为流量计的倍频数,这个循环频率差对应一定的流量值。所以,超声波流量计的仪表系数S,就是表示每吨或(m3)流体所对应的循环频率差脉冲数B△f。
超声波波用于流体的测量还有其他几种基于不同原理的测量方法:多卜勒频移法、相位差法和相关法等等,各有优缺点,可根据不同的使用条件和计量精度等因素加以选取。
随着电子技术的迅速发展、超声波技术的普及以及产品成本的降低和可靠性的提高,我们相信,超声波流量仪表将成为流体计量中最为普遍采用的手段。
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