文档介绍：超声波流量计原理与应用
流量仪表系列培训
封闭管道用超声波流量计按测量原理分类有:①
传播时间法;②多普勒效应法;③波束偏移法;④相
关法;⑤噪声法。本章将讨论用得最多的传播时间法
和多普勒效应法的仪表。
声波在流体中传播,顺流方向声波传播速度会增
时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取
流速,称之传播时间法。按测量具体参数不同,分为
时差法、相位差法和频差法。现以时差法阐明工作原
换能器
流动方向
r换能器
a)原理结构
〔b〕简化图
图日-1传播时间法原理
●如图8-1所示,超声波逆流从换能器1送到换能器2的
传播速度c被流体流速m所减慢,为
●反之,超声波顺流从换能器2传送到换能器1的传播速
度则被流体流速加快,为
L=c+vmL
式(1)减式(2),并变换之,得
12221
式中
超声波在换能器之间传播路径的长度,m
Ⅹ——传播路径的轴向分量
t12、t21——从换能器1到换能器2和从换能器2到换能器1的传播时间,s;
c——超声波在静止流体中的传播速度,m/s;
m——流体通过换能器1、2之间声道上平均流速,m/s
时(间)差法与频(率)差法和相差法间原理方程式的基本关系为
A④=2
12
式中△f一频率差
△q——相位差
f21,f12—超声波在流体中的顺流和逆流的传播频率
超声波的频率
从中可以看出,相位差法本质上和时差法是相同的,而频率与时
间有时互为倒数关系,三种方法没有本质上的差别。目前相位差法已不
采用,频差法的仪表也不多。
传播时间法所测量和计算的流速是声道上的线平均流速,而计算流量所需
是流通橫截面的面平均流速,二者的数值是不同的,其差异取决于流速分
布状况。因此,必须用一定的方法对流速分布进行补偿。此外,对于夹装
式换能器仪表,还必须对折射角受温度变化进行补偿,才能精确的测得流
量。体积流量qv为
SEDx
式中K——流速分布修正系数,即声道上线平均流速Vm和面平均流速m和
平面平均流速之比,K=Vm/:DN一管道内径。
(效应)法
多普勒(效应)法超声波流量计是利用在静止(固定)点检测从移
动源发射声波多产生多普勒频移现象
发射换能真
发射换能器B
8-2多曾勒法超声流量计原理图
如图8-2所示,超声换能器A向流体发出频率为fA的连续超声波,经照射域
内液体中散射体悬浮颗粒或气泡散射,散射的超声波产生多普勒频移fd,接
收换能器B收到频率为f佀的超声波,其值为
+pcos日
(7)
日
式中v一散射体运动速度
多普勒频移f正比于散射体流动速度
2ysin日
fa =f& -fa=fa
测量对象确定后,式(8)右边除v外均为常量,移行后得
多普勒法超声波流量计的流量方程式形式上与式(6)相同,只是
所测得的流速是各散射体的速度v(代替式中的vm),与载体液体管道
平均流速数值并不一致:方程式中流速分布修正系数Kd以代替KOKd是
散射体的“照射域”在管中心附近的系数:其值不适用于在大管径或含
较多散射体达不到管中心附近就获得散射波的系数