超声波时差法原理介绍
超声波传播速度的测量
超声波在固体中传播速度的测量在固体中传播的声波是很复杂的，它包括纵波、横波、扭转波、弯曲波、表面波等，而且各种声速都与固体棒的形状有关，金属棒一般为各向异性结晶体，沿任何方向可有三种波传播。
【实验目的】1、学会用时差法测定超声波在固体中的传输速度。
2、学会用逐差法处理实验数据。
3、熟悉数字示波器等仪器的使用。
【实验原理】时差法测量原理：在实际工程中，时差法测量声速得到广泛的应用。
时差法测试声速的基本原理是基于速度V=距离S/时间T，通过在已知的距离内计测声波传播的时间；从而计算出声波的传播速度，在一定的距离之间由控制电路定时发出一个声脉冲波，经过一段距离的传播后到达接收换能器。
接收到的信号经放大，滤波后由高精度计时电路求出声波从发出到接收这个在介质传播中经过的时间，从而计算出在某一介质中的传播速度。
只因为不用目测的方法，而由仪器本身来计测，所以其测量精度相对于前面两种方法要高。
同样在液体中传播时，由于只检测首先到达的声波的时间，而与其它回波无关，这样回波的影响比较小，因此测量的结果较为准确，所以工程中往往采用时差法来测量。
连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，经过t时间后，到达L距离处的接收换能器。
由运动定律可知，声波在介质中传播的速度可由以下公式求出：速度V=距离L/时间t。
通过测量二换能器发射接收平面之间距离L和时间t ,就可以计算出当前介质下的声波传播速度。
图5-5 发射波与接收波【仪器与器材】SVX-7声速测试仪信号源、SV-DH-7A型测试架、数字示波器、材料样品（有机玻璃棒、铝棒等）【实验内容与步骤】1、时差法测量超声波在固体中传播速度步骤图5-6 时差法测量超声波在固体中传播速度接线图（1）按图5-6接线，将测试方法设置到脉冲波方式将，接收增益调到适当位置（一般为最大位置），以计时器不跳字为好。
（2）将发射换能器发射端面朝上竖立放置于托盘上，在换能器端面和固体棒的端面上涂上适量的耦合剂，再把固体棒放在发射面上，使其紧密接触并对准，然后将接收换能器接收端面放置于固体棒的上端面上并对准，利用接收换能器的自重与固体棒端面接触。
超声波流量计原理：时差法
超声波流量计: 超声波流量计 信噪比
II. 信噪比 (SNR)
S = 在流体中传播的信号 N = 在管壁内传播的“短路”噪声 在管壁内传播的“短路” • 为了完成优良的测量，要求 为了完成优良的测量， S >> N 或 SNR >> 1. • 高压有助于提高信号 S. • 良好的垫片将减小噪声 N. Pmin (barg)* 气体 N2 H2 SNR ≈ 1 2 7.5 SNR ≈ 4 4 30
层流 过渡流场 湍流 = 0.75 ≈ 0.85 = 0.91 - 0.99
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kRe =
注释： 注释：
1 1.119 − 0.011 log R e
运动粘度 v变化 10倍导致流量 <1% 的变化。 的变化。
V = 10 m/sec 及内径 (ID) = 6” v = 10×10-6 v = 100×10-6 × × Re = 0.15×106 Re = 0.015×106 × × kRe = 0.932 kRe = 0.922
tup > tdn ∆ t = tup − tdn
超声波流量计原理： 超声波流量计原理：时差法
流体流速
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V Η
C2 ×∆t 2L
体积流量测定
θ P
L
V
Q = 流速 × 横截面积 Q = V×A 声速
tup = tdn =
P c -Vsin θ P c+Vsin θ
c=
P tavg
超声波流量计: 超声波流量计 Re修正 修正
修正系数
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超声波流量计时差法测量原理
超声波流量计时差法测量原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊超声波流量计时差法测量原理。
你说这超声波啊，就像是我们生活中的小侦探，能帮我们搞清楚流体的流量呢！想象一下，超声波在流体里穿梭，就像我们在人群中跑来跑去一样。
这个时差法呢，简单来说，就是利用超声波在顺流和逆流时传播时间的不同来测量流量的。
这不就好比我们跑步，顺着风跑和逆着风跑，花费的时间肯定不一样呀！
咱先说说这顺流的时候，超声波一路畅通无阻，“嗖”的一下就过去了，时间相对较短。
可到了逆流呢，它就像是遇到了阻碍，得费点劲儿才能过去，这时候花费的时间就长啦。
然后呢，通过测量这顺流和逆流的时间差，再经过一系列复杂又精妙的计算，嘿，流量就被我们给算出来啦！是不是很神奇呀！
这就像是我们解一道很难的数学题，看似复杂，其实只要找到关键的线索，就能一步步解开啦。
超声波流量计时差法就是这样的关键线索呢！
你想想看，如果没有这个巧妙的方法，我们要怎么准确知道流体的流量呢？那可就麻烦多啦！所以说呀，这个方法可真是帮了大忙了。
在很多工业领域，都离不开它呢！比如石油化工呀，水的处理呀，各种需要精确测量流量的地方。
它就像一个默默无闻的小英雄，在背后为我们的生活和生产提供着重要的数据支持。
而且啊，它还很可靠呢！只要安装正确，使用得当，就能一直给我们提供准确的信息。
这就像我们有一个特别靠谱的朋友，总是能在关键时刻给我们帮助。
总之呢，超声波流量计时差法测量原理真的是一个非常了不起的发明！它让我们对流体的流量测量变得更加简单、准确、可靠。
我们应该好好珍惜和利用这个神奇的技术，让它为我们的生活和社会发展做出更大的贡献呀！这可不是我随便说说哦，这是实实在在的好处呀！大家说是不是呢！。
超声波时差法流量计原理
超声波时差法流量计原理一、前言超声波时差法流量计是一种常用的流量计，其工作原理是利用超声波在流体中传播速度与流体速度有关的特性，通过测量两个超声波传输路径之间的时间差来计算流量。
本文将详细介绍超声波时差法流量计的原理。
二、超声波传播速度超声波是指频率高于20kHz的机械振动波，其在空气中的传播速度为340m/s，而在液体和固体中的传播速度则与介质密度、弹性模量和粘滞系数等因素有关。
由于液体和固体中分子之间的距离比空气中小得多，因此其传播速度也相应较高。
例如，在水中，超声波的传播速度约为1500m/s。
三、时差法测量原理时差法测量原理是利用两个超声波探头分别向上游和下游方向发射超声波，并在对侧接收反射回来的信号。
由于上下游方向有一定的流动速度差异，因此反射回来的信号到达探头所需时间也不同。
根据这两个时间差可以计算出流体通过管道的体积流量。
四、探头设计超声波时差法流量计的探头通常由两个发射器和两个接收器组成。
发射器向上游和下游方向分别发射超声波，接收器则接收反射回来的信号。
为了保证测量精度，探头需要满足以下要求：1. 发射和接收角度应合适，一般为45度或60度。
2. 发射和接收距离应合适，一般为管道直径的1-2倍。
3. 接收灵敏度应高于发射灵敏度。
五、测量误差超声波时差法流量计的测量误差与许多因素有关，例如管道直径、流速、液体温度、压力和粘稠度等。
其中最主要的影响因素是液体中气泡和杂质。
气泡会散射超声波并产生回声信号，而杂质也会对超声波传播产生影响。
因此，在使用过程中需要注意避免气泡和杂质进入管道内部。
六、总结超声波时差法流量计是一种准确可靠的流量计，其原理基于超声波在流体中传播速度与流体速度有关的特性。
探头设计和测量误差是影响测量精度的重要因素，需要注意避免气泡和杂质进入管道内部。
超声波热量表的频差法流量测量原理
超声波热量表的频差法流量测量原理超声波热量表的频差法流量测量原理 1 时差法流量测量原理时差法是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
如图1，顺流换能器和逆流换能器分别安装在流体管的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波通过的路径长度为L。
超声波顺流传播时间为td，逆流传播时间为tu，超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。
由于流体流动的原因，超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：其中：c是超声波在非流动介质中的声速，V是流体介质的流动速度，tu和td之间的差Δt为式中X是两个换能器在管线方向上的间距，为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。
即：上式简化为：即，流体的速度为：流量Q可以表示为：由此可见，时差法的测量精度主要取决于对微小时差Δt的分辨率，即纳秒级的时标，所以时差法的测量精度受到许多方面的制约，小流量测量精度难以保证和提高。
2 频差法测量流量原理在顺流方向，超声波的鸣环频率ft1为在逆流方向，超声波的鸣环频率ft2为则频率差为由以上公式可以看出，当两个超声波换能器安装位置一定时，L和θ也就确定，流速v仅与Δft有关，而与声速c无关。
为了满足在低流速下的流量测量精度，应使测量频差的数目达到足够大，频差法可以采用锁相倍频技术，以使测量的频差扩大到N倍，这相当于提高了小流量时的测量精度。
3 频差法测量流量的实现方法在启动超声波测量之前，超声波发射和接收回路处于休眠状态。
一旦收到外部启动信号，由内部单片机发出一个启动脉冲，并通过同步触发电路激活超声波发射器产生第一次发射。
发射脉冲通过流体传播到达接收器并输出回波信号，经回波检测和整形后，将回波脉冲反馈回同步触发器，以使发射器产生第二次发射，接收器接收的第二个回波脉冲再次反馈回发射端。
超声波流量计原理时差法
• 高压有助于提高信号 S.
• 良好的垫片将减小噪声 N.
气体 N2 H2
Pmin (barg)*
SNR ≈ 1 SNR ≈ 4
2
4
7.5
30
* 数据源于1996年 5月荷兰壳牌石油公司有关实验结果。
BWT 缓冲棒 垫片
安装短管
N S N 管线 安装短管 垫片 BWT 缓冲棒
过渡流场: • 流场不定 Re : 2000 to 4000
湍流: • 流场变平 Re : >4000
超声波流量计: 流体动力学
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流场系数 (kRe)
沿直径探测
基于雷诺数(Re)的理论修正
Nikuratze’s 等式
V = kRe Vm 范围:
层流 过渡流场 湍流
kRe = 0.932
kRe = 0.922
超声波流量计: 流体动力学
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水标与实际工况之间因kRe可能导致的附加误差
在 20 deg C时, 水的运动粘度= 1×10-6, 假定管子内径 DN100 若管内水的流速 V = 1 m/s，则 Re = 1×106
kRe = 0.9497
超声波流量计: 流体动力学
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流场
流场的形态由管中的摩擦力与粘滞力决 定
雷诺 #
表征流场的形态
Re = V ID
Re = 雷诺 # V = 流速 ID = 管子内径 = 运动粘度
(ft2/sec or m2/sec)
=
动力粘度 流体密度
时差法超声波流量计原理
时差法超声波流量计原理一、引言时差法超声波流量计是一种常用的非接触式流量计，它利用超声波的传播速度和反射原理来测量流体的流速和体积流量。
该技术在石油、化工、冶金、电力等行业中得到广泛应用，本文将详细介绍时差法超声波流量计的原理。
二、超声波传播原理超声波是指频率大于20kHz的高频声波，其传播方式与普通声音不同。
普通声音是通过空气分子振动相互传递的，而超声波则是通过物质内部介质中分子振动相互传递。
当超声波遇到介质边界时，会发生反射和折射现象。
三、时差法原理1.单向测量在单向测量中，发射器向下游方向发射超声波信号，经过液体后被接收器接收到。
此时液体处于静止状态，信号从发射到接收所需时间为T1。
当液体开始流动时，信号在液体中传播所需时间变为T2。
由于液体的流速可以通过T1和T2之间的时间差来计算出来，因此时差法超声波流量计可以用来测量单向流动的液体的流速和体积流量。
2.双向测量在双向测量中，发射器和接收器分别位于管道两端，发射器向上游方向发射超声波信号，经过液体后被接收器接收到。
同时，发射器也会向下游方向发射超声波信号，经过液体后被另一个接收器接收到。
此时液体处于静止状态，信号从发射到接收所需时间为T1。
当液体开始流动时，由于上下游方向的超声波传播速度不同，信号在液体中传播所需时间变为T2和T3。
由于T2和T3之间的时间差可以用来计算出液体的平均流速和体积流量。
四、应用场景1.石油行业：时差法超声波流量计可以用来测量石油、天然气等介质的流速和体积流量。
2.化工行业：时差法超声波流量计可以用来测量各种化工介质的流速和体积流量。
3.冶金行业：时差法超声波流量计可以用来测量冶金行业中的各种液态金属的流速和体积流量。
4.电力行业：时差法超声波流量计可以用来测量各种液态介质在电力输送管道中的流速和体积流量。
五、总结时差法超声波流量计是一种常用的非接触式流量计，它利用超声波的传播速度和反射原理来测量液体的流速和体积流量。
超声波时差法的原理和应用
超声波时差法的原理和应用1. 超声波时差法的原理超声波时差法是一种基于声学原理来测量距离和位置的方法。
它利用声速恒定的特性和超声波在不同介质中传播速度的差异，通过计算超声波的传播时间差来确定目标物体的距离或位置。
1.1 超声波的传播特性•超声波是一种高频声波，频率通常在20kHz到100MHz之间。
•超声波在大多数介质中传播速度是恒定的，一般为343m/s。
•超声波的能量较强，能够穿透大多数物质。
1.2 超声波时差法的工作原理超声波时差法通常由两个超声波传感器组成，一个作为发送器，另一个作为接收器。
其工作原理如下： 1. 发送器发射超声波脉冲信号。
2. 超声波信号在空气或介质中传播，当遇到目标物体时会发生反射。
3. 接收器接收到反射回来的超声波信号。
4. 根据发送和接收的时间差，可以计算出目标物体与传感器的距离。
2. 超声波时差法的应用2.1 超声波测距仪超声波测距仪是超声波时差法最常见的应用之一。
它通常被用于测量目标物体与测距仪之间的距离。
具体应用包括： - 工业领域中，用于测量物体的位置和距离，如机械装置的定位和测量。
- 自动驾驶车辆中，用于测量车辆与障碍物之间的距离，以便进行避障操作。
- 渔业中，用于测量水下设备与鱼群之间的距离，以便进行捕鱼操作。
2.2 超声波流量计超声波流量计是利用超声波时差法来测量液体或气体流动速度和流量的设备。
它的工作原理如下： - 发送器发射超声波脉冲信号，通过流体中的传感器接收到反射回来的超声波信号。
- 根据超声波信号的传播时间差和介质的流速，可以计算出流体的流速和流量。
超声波流量计在工业领域中广泛应用，例如： - 石油和化工行业中，用于测量管道中液体和气体的流量。
- 水处理领域中，用于测量水流量，监控供水系统和排水系统的运行情况。
2.3 超声波层厚测量超声波层厚测量用于测量材料的厚度，其原理是通过测量超声波在材料中的传播时间来计算材料的厚度。
这种测量方法广泛应用于工业生产中，例如： - 金属加工中，用于测量金属板材的厚度，以确保产品符合标准要求。
超声衍射时差(TOFD)技术原理简介(含图表)
超声衍射时差（TOFD）技术原理简介（含图表）1.超声衍射时差(TOFD)技术介绍“TOFD”即Timeofflightdiffraction，译成中文是“超声波衍射时差法检测”，TOFD检测技术原理是利用超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的大小和深度。
极大地提高了缺陷检出率。
TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。
此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。
上个世纪七十年代早期，英国原子能管理局(UnitedKingdomAtomicEnergyAuthority，即UKAEA)的国家无损检测研究中心的Harwell实验室提出了了超声波衍射在UT中应用的原理。
UKAEA为了开发比常规超声波检测更精确的缺陷定量技术，最早由史可·毛瑞斯(SILKMG)博士开发出了超声衍射时差技术- 1 -(TimeofFlightDiffraction，简称TOFD)。
后来欧美国家的有关机构进行了大量的试验，到80年代早期证实，对于核反应堆的压力容器和主要部件，TOFD技术作为超声检测是可行的，其可靠性和精度要高于常规超声检测(即脉冲回波)技术；相比常规的脉冲回波技术，当时的TOFD 技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对误差<±1mm，而裂纹监测的误差<±0.3mm；二是对缺陷的方向和角度不敏感，不向脉冲回波技术那样对某些方向的缺陷有“盲区”；三是对缺陷的定量不是基于信号的波幅，而是基于缺陷尖端衍射信号的声程和时间。
后来开发了便携的设备系统(即国际无损检测中心的ZIPSCAN)，TOFD技术被国际工业界广泛公认。
90年代，该项技术开始应用与石油化工管线的检测。
TOFD–超声波衍射时差法培训课件
TOFD检测技术的优势
高效性
TOFD检测技术具有高效性，能够快速准确 地检测出缺陷的位损伤，使用安全。
可靠性
由于其非接触性，TOFD检测技术不易受到 外界因素的干扰，检测结果可靠。
可视化
TOFD检测技术能够提供高清晰度的图像， 使缺陷可视化。
检测设备的组成
01
02
03
04
发射器
产生高频超声波信号，发射到 被检测物体上。
接收器
接收从被检测物体反射回来的 超声波信号。
控制器
控制发射器和接收器的操作， 处理和显示检测数据。
显示器
显示检测结果，便于观察和分 析。
检测设备的操作流程
准备工作
检查设备是否完好，确定被检测物体 的材质、尺寸和形状等参数。
检测设备的维护与保养
定期清洁
定期清洁发射器和接收器的探 头表面，保持清洁以免影响检
测结果。
检查电缆
定期检查电缆是否完好，如有 破损应及时更换。
定期校准
定期对设备进行校准，确保检 测结果的准确性。
存储环境
保持设备存储环境的干燥、通 风，避免高温和潮湿等恶劣环
境。
03
TOFD检测技术在实际应用 中的优势与局限性
与其他技术的融合
分析TOFD技术与其他无损 检测技术的融合应用，提 高检测效率和准确性。
应用领域的拓展
展望TOFD技术在更多领域 的应用前景，如航空航天、 新能源等领域。
如何将TOFD技术更好地应用于实际工作中
实践操作技巧
分享实际操作中的技巧和经验，提高 检测效率和准确性。
与其他技术的协同工作
标准与规范的学习
设备操作与维护
讲解了TOFD设备的操作 步骤、日常维护和常见故 障排除，确保学员能够熟 练操作和维护设备。
超声波时差法原理介绍
时差法超声波流量计的原理和设计王润田1 引言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。
2 时差法超声波流量计的原理时差法超声波流量计（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如图1所示。
他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
图1 时差法超声波流量测量原理示意图图1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。
由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：式中X是两个换能器在管线方向上的间距。
为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。
即：图2 超声波流量计的电原理框图4 结语时差法超声波流量计的换能器安装方式可以有多种。
常见的有外加式和管段式，也有介入式，比如家用煤气表一般可采用介入式。
无论何种安装方式其原理大同小异。
比如介入式就是取上面公式中的θ=0。
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。
超声波时差法原理
超声波时差法原理今天咱们来唠唠超声波时差法这个超有趣的东西。
你知道吗？超声波时差法就像是一个超级聪明的小侦探，在各种领域里悄悄发挥着大作用呢。
那它到底是怎么个原理呢？这就像是一场超级有趣的赛跑比赛哦。
想象一下，有两个小伙伴，一个是顺流而下的小水滴，一个是逆流而上的小水滴。
超声波就像是这两个小水滴的好朋友，在同一段路程里，顺着水流方向跑的超声波和逆着水流方向跑的超声波，它们的速度可就不一样啦。
就像我们在顺风跑的时候感觉跑得特别轻快，逆风跑的时候就有点吃力。
在一个管道里，比如说测量液体的流速吧。
我们发射出超声波，这个超声波就像个小邮差，它要在液体里跑个来回。
当顺着液体流动方向发射超声波的时候呢，液体就像是在背后推了小邮差一把，它跑得就快一些；而逆着液体流动方向发射的时候呢，液体就像是在前面挡了一下，它跑得就慢一些。
这一快一慢之间，就产生了时间差。
这个时间差可不得了，它就像是一个小密码，藏着液体流速的秘密呢。
我们可以把这个管道想象成一个小赛道，超声波在这个赛道里穿梭。
如果液体是静止的，那顺流和逆流的超声波跑的时间应该是差不多的。
但是一旦液体流动起来，就像赛道突然有了风，这个时间就不一样啦。
你看啊，根据这个时间差，我们就能通过一些超级酷的数学公式算出液体的流速啦。
这就好像我们知道了两个小伙伴跑步的时间差，就能算出风的速度一样神奇。
而且呢，这个原理不仅仅用在测量液体流速上哦。
在医学上也有类似的情况呢。
比如说我们要检查身体里的血液流动情况。
血液就像在血管这个小管道里流动的河流，超声波时差法就可以像一个小小的探测器，通过发射超声波，然后根据超声波在血液里顺流和逆流的时间差，知道血液流动得快还是慢，有没有哪里堵塞啦之类的情况。
这就像是给我们的身体内部做了一个超级细致的小调查。
在工业领域，它也是个大功臣呢。
比如说检测一些管道里的油或者其他液体的流量情况。
通过超声波时差法，就能够精准地知道液体的流动状态，这样就可以更好地控制生产过程啦。
TOFD–超声波衍射时差法
TOFD–超声波衍射时差法超声波衍射时差法（TOFD）是一种非破坏性检测技术，常用于测量材料中的缺陷尺寸和位置。
TOFD基于超声波传播的原理，通过计算超声波信号的到达时间差来确定材料中的缺陷。
TOFD的原理是利用超声波在材料中的传播速度来测量缺陷。
当超声波传播到材料中的缺陷时，它将发生衍射现象，这导致超声波信号的出射角度和到达时间发生变化。
通过测量这些角度和时间的变化，可以计算出缺陷的尺寸和位置。
TOFD的检测设备包括一个超声波发射器和一个接收器。
发射器将超声波信号发送到被测材料上，接收器接收反射回来的信号。
接收器上的传感器测量信号的到达时间，并将数据发送给计算机进行处理。
TOFD的步骤如下：1.准备工作：确保被测材料表面清洁，并涂上耦合剂以方便超声波的传播。
2.发送超声波信号：发射器发送超声波信号，信号穿过被测材料并遇到任何缺陷。
3.接收超声波信号：接收器接收被缺陷反射的超声波信号，传感器测量信号的到达时间。
4.数据处理：计算机接收到传感器测量的到达时间数据后，使用TOFD原理计算缺陷的尺寸和位置。
TOFD的优点是能够提供准确而详细的缺陷信息。
它可以测量缺陷的尺寸和位置，并且在一次扫描中能够检测到多个缺陷。
此外，TOFD对材料的表面和涂层厚度没有严格要求，适用于不同类型的材料。
然而，TOFD也有一些限制。
首先，TOFD需要高度训练的操作员才能正确操作设备和解读结果。
此外，材料的形状和尺寸可能会影响到信号的传播，导致检测不准确。
此外，TOFD对材料的密度和声波传播速度也有一定要求。
总之，超声波衍射时差法是一种非破坏性检测技术，通过计算超声波信号的到达时间差来确定材料中的缺陷尺寸和位置。
它可以提供准确而详细的缺陷信息，适用于不同类型的材料。
然而，正确操作设备和解读结果需要高度训练的操作员，且对材料的形状、尺寸、密度和声波传播速度有一定要求。
用时差法测量超声声速
用时差法测量超声声速超声声速是指声波在材料中传输的速度。
超声测量技术是一种无损检测技术，被广泛应用于工业、医学和科学等领域。
用时差法测量超声声速可以精确地确定材料的声速，从而确定材料的物理性质和结构特征。
在此文中，将详细介绍用时差法测量超声声速的方法。
一、实验介绍1、实验目的2、实验原理超声波在材料中的传播速度与材料的密度、弹性模量、泊松比、温度等物理性质有关系。
在同种材料中，超声波的传播速度是一定的，因此可以根据传播时间和经过的距离计算超声波的传播速度。
时差法是一种常用的测量超声声速的方法，它利用超声波在材料中传播的时间差来推测声速。
3、实验设备超声波测厚仪、试件。
4、实验步骤（1）准备试件：选取材料试件，并用切割机切割出标准厚度的试件。
（2）调整仪器：打开超声波测厚仪，按照说明书调整好，设置好试件材料、试件厚度等参数。
操作人员应全程根据操作说明书进行操作。
（3）测量试件厚度：测量试件的厚度，以便计算声速时能够得到试件中声波传播的距离。
（4）超声波测量：将超声波探头贴在试件的表面上，发出超声波，测量声波在试件中传播的时间，以得到声速。
5、数据处理经过以上测量，我们将得到两个不同位置上声速测量的时间，根据声波传播的速度公式，可以计算出声速。
超声波在材料中传播速度的计算公式如下：声速＝传播距离/传播时间其中，传播距离指的是声波在物质中传播的距离，传播时间指的是声波在物质中传播的时间。
以国际通用单位m/s（米每秒）表示。
二、实验结果我们使用超声波测厚仪对试件进行了测量，得到了声速测量数据，如下表所示。
测量点传播时间（μs）传播距离（mm）声速（m/s）1 62.1 40.00 642.282 64.3 40.00 621.11计算结果表明，在试件中，声波的传播速度约为621.11m/s ~ 642.28m/s。
根据超声波测厚仪测量数据计算，我们测得试件中声波的传播速度在621.11m/s ~ 642.28m/s之间。
超声波时差法的原理及应用
超声波时差法的原理及应用1. 超声波时差法的原理超声波时差法是一种利用超声波传播速度的差异来测量物体距离或者流体流速的技术。
其原理基于声波在不同介质中传播速度不同的特性。
超声波时差法的原理可以概括如下： - 超声波发射器发出超声波脉冲信号； -超声波信号在被测介质中传播，同时被测介质中的杂波反射回来； - 接收器接收到反射回来的超声波信号； - 通过计算超声波信号的传播时间差，从而得到被测物体距离或者流体流速的信息。
2. 超声波时差法的应用超声波时差法在工业领域和科学研究中有广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：2.1 超声波测距超声波时差法可以用于测量物体的距离，常用于机器人导航、自动驾驶和避障系统等领域。
通过测量超声波信号的传播时间差，可以精确测量物体离设备的距离，从而实现智能控制和定位。
2.2 流体流速测量超声波时差法可以通过测量流体中超声波信号的传播时间差来计算流体的流速。
这在工业过程控制和液体输送系统中非常重要。
例如，可以使用超声波时差法测量水流速，来监控水管中的流量，并实时调整供水量。
2.3 材料缺陷检测超声波时差法可以检测材料中的缺陷，如裂纹、气泡、异物等。
在材料科学中，通过发射超声波信号并接收反射回来的信号，并分析信号的时间差和幅度差异，可以确定材料中的缺陷位置和性质。
2.4 医学成像超声波时差法在医学领域中被广泛应用于成像技术，如超声心动图、超声波骨密度测量等。
通过超声波的传播和反射原理，可以在人体内部生成图像，用于诊断疾病和观察器官的结构。
2.5 水下测距与通信超声波时差法还可以用于水下测距和通信。
由于声波在水中的传播速度较快，超声波时差法在水下定位、声纳测深、水下通信等方面具有重要应用。
结论超声波时差法利用声波传播速度的差异，可以实现物体距离和流体流速的测量。
该技术在工业、医学和科学研究等领域具有广泛的应用前景。
今后随着技术的不断改进和创新，超声波时差法将更加精确和可靠，推动相关领域的发展和进步。
3-TOFD 超声波衍射时差法
根部未焊透在TOFD中的显示
2 3 4
1
注意缺陷上下尖端的两个信号
根部未焊透在TOFD中的显示
1 2 3
注意直通波和缺陷信号之间的波形相位转换
根部裂纹在TOFD中的显示
1 2 3
缺陷造成底面回波信号减弱
侧壁未熔合在TOFD中的显示
1 2 3 4
注意缺陷上下尖端的两个信号
密集气孔在TOFD中的显示
TOFD技术局限性
• • • • • 在被检工件上、下表面存在盲区 对“噪声”敏感 夸大了一些良性的缺陷, 如气孔, 冷夹层, 内部未熔合。 TOFD一维扫查不能确定缺陷在焊缝Index方向的位置。 注意标准问题 (有待解决) 。
问题？
TOFD+PE检测成像
探头移动方向
45-SW(左)
60 SW (左）
TOFD
60-SW(右)
45-SW(右)
厚壁焊缝TOFD检测
超声波时差法流量计工作原理
超声波时差法流量计工作原理
超声波时差法流量计是一种广泛应用于工业流量计量的原理。
其基本工作原理是利用超声波在流体中传播速度与流体速度有关的特性，通过测量超声波传播时间差，计算出流体的流速。
超声波时差法流量计通常由发射器和接收器组成。
发射器将超声波信号发送到流体中，并在接收器处接收传回的信号。
由于超声波在流体中的传播速度与流体速度有关，所以流体的流速可以通过测量超声波传播时间差来计算。
具体而言，在流量计的测量管道中，超声波信号会在流体中传播，其中会有一个相对较快的超声波和一个相对较慢的超声波，这是由于流体的运动速度不同。
当这两个超声波到达接收器时，根据它们之间的时间差，就可以计算出流体的流速。
超声波时差法流量计具有精度高、无动态压力损失、不会影响流体流动的特点，因此广泛应用于化工、电力、水处理等领域的流量计量。
- 1 -。
超声波流量计原理时差法
• 高压有助于提高信号 S.
• 良好的垫片将减小噪声 N.
气体 N2 H2
Pmin (barg)*
SNR ≈ 1 SNR ≈ 4
2
4
7.5
30
* 数据源于1996年 5月荷兰壳牌石油公司有关实验结果。
BWT 缓冲棒 垫片
安装短管
N S N 管线 安装短管 垫片 BWT 缓冲棒
例：管子内径 10”，当流速 V =10m/s 若 Re = 0.5×106 ，则运动粘度 = 50.8×10-6 若 Re = 5×106 ，则运动粘度 = 5.08×10-6
超声波流量计: 流体动力学
流场区域
层流: • 层状的,抛物线状流场 Re : 0 to 2000
GE Panametrics
GE Panametrics
雷诺 # Re = V ID
例：在 20 oC时, 水的运动粘度 =1×10-6, 假定管子内径 10”， 若管内水的流速 V = 1 m/s，则 Re = 2.54×106 若管内水的流速 V = 10 m/s，则 Re = 25.4×106
雷诺数表征流体惯性力与粘性力之比。若雷诺数小，粘性力占主要地 位，粘性对流场的影响是主要的。雷诺数大，则惯性力是主要的
• 如果 Z2 = Z1，阻抗匹配。信号将最大限度地从缓冲棒传入待测介质。 • 如果 Z2 Z1，阻抗不匹配。在绝大多数应用中，Z2 << Z1，只有少量
信号从缓冲棒传入待测介质。
超声波流量计: 信噪比
GE Panametrics
II.信噪比 (SNR)
S = 在流体中传播的信号 N = 在管壁内传播的“短路”噪声
时差法测流量的基本原理,和存在的问题及改进方法
时差法测流量的基本原理,和存在的问题及改进方法
时差法测流量的基本原理是根据声波在流体中传播的速度差来计算流体的流速和流量。
该方法通常利用超声波传感器测量流体中的两个位置之间的时间差，然后根据两个位置之间的距离来计算流速和流量。
存在的问题及改进方法包括：
1. 流体参数变化导致测量误差：流体的温度、密度、压力等参数的变化会对声速产生影响，进而导致测量的流速和流量存在误差。
改进方法可以是加入温度传感器和压力传感器来实时监测和修正流体参数，从而提高测量精度。
2. 测量路径限制：时差法测量流量需要在流体中设置两个位置进行时差测量，这对于一些流体管道布局较为复杂的场合可能存在困难。
改进方法可以是设计合理的传感器布局，或者结合其他测量方法进行综合应用。
3. 测量精度受限：超声波传感器的精度会对测量结果产生影响，特别是在低流速下，精度更为重要。
改进方法可以是选用更高精度的传感器，提高信号采样频率，或者采用多个传感器进行平均测量来提高测量精度。
4. 流体中杂质的影响：流体中存在杂质、气泡等物质会对声波传播产生干扰，从而影响测量结果。
改进方法可以是引入滤波器或者消泡器进行处理，减小杂质的干扰。
总之，时差法测流量是一种常用的流量测量方法，但其精度受到多种因素的影响。
通过结合多种改进方法，可以提高时差法测流量的准确性和可靠性。
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时差法超声波流量计的原理和设计
王润田
1 引言
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。
2 时差法超声波流量计的原理
时差法超声波流量计（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如图1所示。
他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
图1 时差法超声波流量测量原理示意图
图1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。
由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：
式中X是两个换能器在管线方向上的间距。
为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。
即：
图2 超声波流量计的电原理框图
4 结语
时差法超声波流量计的换能器安装方式可以有多种。
常见的有外加式和管段式，也有介入式，比如家用煤气表一般可采用介入式。
无论何种安装方式其原理大同小异。
比如介入式就是取上面公式中的θ=0。
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。
参考文献：。