1、超聲波流量計的概述

在工業(yè)界，超聲波流量計用于氣體、液體和蒸汽的體積流量測量已有幾十年的歷史。在原理上，它可用2種方法進(jìn)行測量:多普勒效應方法和時(shí)差測量方法。

1)多普勒效應方法

這種方法需要流體中含有反射物質(zhì)。由于在流體中反射物質(zhì)的反射性能不穩定，到目前為止，這種方法僅能在少數場(chǎng)合得到應用。

2)時(shí)差測量方法

這種方法在工業(yè)界應用已有30年歷史。它具有精度高和可靠性好的特點(diǎn)。除了測量體積流量之外，同時(shí)還能導出超聲波在被測流體中的傳播速度。

它的測量方法可簡(jiǎn)單比喻為在河流上渡船擺渡的過(guò)程，順流擺渡渡船到達對岸所需的時(shí)間要比逆流的少。

河流的流速越大，順流的速度越快，而逆流所需的時(shí)間越長(cháng)。順流和逆流所需時(shí)間的時(shí)間差直接與河流的流速有關(guān)。在超聲波流量計中超聲波好比渡船，河流流速等同于流休的流速。電聲變換器發(fā)送和接收的短促聲脈沖信號穿過(guò)管道中流動(dòng)的介質(zhì)。2個(gè)變換器分別安裝在縱向有偏移的測量管道兩側。這時(shí)超聲波順流和逆流傳播的時(shí)間差與流體的流速成正比。

2、超聲波流量計的性能和特點(diǎn)

超聲波流量計在無(wú)接觸的情況下借助超聲波的傳播對液體和氣體的流量進(jìn)行測量。測量原理以超聲波時(shí)差方法為基礎。

儀器裝置包括雙或多聲道測量通道的一體式儀器以及把超聲波探頭直接焊接或夾持在管道上的分體式儀器。管道的尺寸從DN25到DN3000 (1"一120")。相應的流量測量范圍為1m3/h～450000m3/h。新的流量計采用5聲道測量形式，它可精確確定流速分布形式和提高測量精度。變送器采用微處理器和貼片技術(shù)。所有功能和運行參數都可由程序加以設置。

超聲波流量計的特點(diǎn)是:

·能測量大多數液體（如液體流量計）和氣體的介質(zhì);

·測量精度高，所測流量與粘度、溫度、壓力和導電率等因素無(wú)關(guān);

·側量的線(xiàn)性特性好(計時(shí)時(shí)間差正比于流速);

·管道截面無(wú)需縮小;

·由于管道中無(wú)阻擋物，因此無(wú)附加的壓力損耗;

·能采用流過(guò)的介質(zhì)體積量對流量計直接進(jìn)行標定;

·時(shí)間分辨率高(計時(shí)時(shí)間小于1ms);

·方向識別(正、負計時(shí)時(shí)間差);

·通過(guò)測量能得到有關(guān)材料性能或成分的附加信息(無(wú)流動(dòng)流體影響的聲速測量);

·低功耗(使用微控制器);

·性能價(jià)格比合理;

3、超聲波流量計的應用范圍

根據至今為止的應用實(shí)例可以看出，大部分流體介質(zhì)都可使用超聲波流量計進(jìn)行檢測。應用范圍從原來(lái)的污水（污水流量計）測量擴展到天然氣、空氣、甲烷、氮氣、氨氣、汽油、天然氣、空氣、磷酸和重油的測量;甚至還可以測量氮氣、純凈水和油水混合物等。另外，在石化精煉廠(chǎng)中，剩余氣體的燃燒優(yōu)化需要用超聲波時(shí)差方法測量流量，同時(shí)用超聲波傳播速度和其他一些測量結果來(lái)確定被測氣體的分子重量。

但是，超聲波不能在真空中傳播。傳感器之間超聲波傳播的前提條件是被測氣體至少應具有所規定的*小密度。而且，在使用超聲波流量計測量液體流量時(shí)，液體內氣體和固體的含量不能超過(guò)一定的限制，主要是阻尼作用(超聲波遇到干擾物質(zhì)產(chǎn)生反射)太大。超聲波傳感器不能應用的場(chǎng)合有:

·液體中氣泡的體積含量大于1%;

·液體中固體粒子的體積含量大于5%;

·每米測量管道口徑的粘度大于100x10`4kg·s/m2擴的液體。

如同管風(fēng)琴聲管的音叉或口琴的音叉那樣，管道中的阻擋部件(如閥門(mén)的閥心)能產(chǎn)生超過(guò)100kHz頻率范圍的高頻聲平信號。為了減小阻擋部件對超聲波測量的影響，必須采用無(wú)于擾的入口引導直通管道，但由于氣體與管壁的摩擦，該段管道也會(huì )產(chǎn)生氣流的損耗。